解法:马库斯–斯皮尔曼–斯里瓦斯塔瓦利用交错族给出的证明(2013年)
通俗地说
1959年,理查德·卡迪森与艾萨克·辛格提出了一个关于无限维空间 上「观测站」的问题:如果只知道某个物理量沿一组固定坐标轴(对角线)的表现,那么把这一认知诚实地扩展到整个空间,是否只有唯一一种方式?这个问题四十五年无人能解。
Nik Weaver 找到了一种把这个抽象问题缩小成几乎是组合学问题的方法:一个纯粹有限维的命题 ,讲的是如何把一堆向量分成两组均衡良好的子集。解决这个小而具体的谜题 ,就能一举解决那个庞大而抽象的问题。
详细分析
Kadison 与 Singer 在1959年提出的问题是关于态的: 内对角代数 上的纯态由 上的一个超滤子决定,问题是它经 Hahn–Banach 扩张为整个 上的纯态是否必然唯一。Weaver 的 中的假设 是恒等算子的紧标架分解在有限维下的影子,而 是替代"对角部分是弥漫的"的小性条件:没有任何单个向量承担 的宏观份额。
Weaver 在2004年的定理(Discrete Mathematics 278)把这个算子代数问题归约为可数一族有限维 paving 命题,其中 是最强的形式:把指标集分成 ,使两个算子范数 都严格小于 。常数的重要性是定量的而非仅定性的——最终证明给出的界是 ,而它 正是因为 允许在需要时(先细分标架)令 。
证明的其余部分再也不涉及 或 。每一步只对有限个向量 与秩一矩阵 进行操作:这就是为什么一个源于 -代数理论的问题可以用多项式方法的论证来彻底解决。
- 纯态
- 在算子代数中,态是一种给每个算子赋予「期望值」的方式,须符合量子力学的规则;纯态是一种极值的、不可再分的赋值方式,大致相当于单一确定的物理构型,而非若干构型的混合。
- 极大交换子代数(masa)
- 一组两两可交换(因而可同时测量)的算子构成的子集,且在保持这一性质的前提下不能再扩大; 上的对角算子就是一个自然的例子。