解法:佩雷尔曼的带手术里奇流(2002–2003年),概要版
通俗地说
给形状古怪的金属板加热,温度会随时间趋于均匀。1982年,Richard Hamilton 提出对空间本身的形状做类似的事:让度量 按类热方程 演化,使正曲率的凸起收缩。
Hamilton 证明,若一个闭三维形状一开始处处具有正曲率,这个流会将其一路磨光成一个完美的圆球面。他所希望的是,对任意初始形状运行同一方程,最终都会显现出 Thurston 猜想每个三维流形都能分解成的那些几何构件。
详细分析
Hamilton(1982)提议按 演化闭流形上的黎曼度量 。在用调和映射热方程的解所生成的时变微分同胚拉回之后(de Turck 技巧),方程组变为严格抛物的——其主部是粗糙拉普拉斯算子 ——从而在闭流形上给出短时间存在唯一性。曲率量按反应–扩散方程演化;对标量曲率有 ,因此最大值原理使 沿流不减。
在三维情形,Hamilton 将张量最大值原理应用于 的演化,证明了 Ricci 张量的正性被保持,而且其无迹部分相对于 受到夹挤:对某个 有 。因此标量曲率大的区域渐近地变圆,再结合 Myers 的直径界, 的三维流形上的体积规范化流对所有时间存在,并光滑收敛到常正截面曲率度量——于是 是圆 的商。
Hamilton 纲领要对任意闭三维流形上的任意度量施加同一流,并从其长时间行为读出 Thurston 的几何分解,庞加莱猜想是单连通的特例。障碍在于对一般初始度量, 可能在达到任何良好极限之前就爆破;因此要弄清流收敛到什么,依次需要爆破分析(下一步)、排除退化极限的机制,以及让流越过奇异时刻继续下去的办法。
- 里奇流
- 沿自身里奇曲率方向形变度量的演化方程 。它使高正曲率区域收缩,如同热流使温度趋于均匀。
- 里奇曲率()
- 由黎曼流形曲率构造出的对称张量,大致衡量小球体积偏离欧氏值的程度;其迹为标量曲率 。