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解法:佩雷尔曼的带手术里奇流(2002–2003年),概要版

第 9/9 步:结论:重新拼回 M3≅S3M^3 \cong S^3
通俗地说

把整部电影从消灭的那一刻起倒放,每一块曾被手术舍弃的碎片其实都属于一份简单构件的简短清单;沿着切口把它们重新粘回去,就把原始流形重构为这些构件的连通和。

假设 π1(M3)=0\pi_1(M^3)=0 排除了除圆3维球面之外的一切构件,因此重构出的连通和只能是球面之和——而这又不过是一个球面——证明至此完成。

M3≅(#iS3/Γi) # (#j(S2×S1))  ⇒π1(M3)=0  M3≅S3M^3\cong\Big(\#_{i} S^3/\Gamma_i\Big)\,\#\,\Big(\#_{j}(S^2\times S^1)\Big)\ \ \xRightarrow{\pi_1(M^3)=0}\ \ M^3\cong S^3
圆球面(以二维类比 S2S^2 显示):经过手术与有限时间消灭后,单连通闭流形 M3M^3 的每一块都是 33 维球面连通和分项
带经纬网格线的光滑圆球面的三维渲染图,作为任何单连通闭三维流形所同胚的三维球面 S^3 的二维类比。
详细分析

从 TextT_{\mathrm{ext}} 出发逆向追溯有限次手术,每个被舍去的高曲率碎片都微分同胚于球面空间形式 S3/ΓiS^3/\Gamma_i、S2×S1S^2\times S^1 或 RP3 # RP3\mathbb{RP}^3\,\#\,\mathbb{RP}^3,将沿 22 维球面的手术逆转即把 M3M^3 重新拼成这些块的连通和。

当 π1(M3)=0\pi_1(M^3)=0 时,van Kampen 定理迫使每个 Γi\Gamma_i 平凡(否则 π1\pi_1 将含有一个非平凡子群),并排除了任何 S2×S1S^2\times S^1 分项(其 π1\pi_1 无限),只剩下若干 S3S^3 的连通和。

圆3维球面的连通和微分同胚——从而同胚——于 S3S^3,至此完成了每个单连通闭三维流形都同胚于 S3S^3 的证明:庞加莱猜想。

本步骤中的术语
球面空间形式(S3/ΓS^3/\Gamma)
由有限群 Γ\Gamma 通过等距自由作用于圆3维球面所得到的商流形;当且仅当 Γ\Gamma 是平凡群时,它才是平凡的(即等于 S3S^3 本身)。
连通和(#\#)
从两个流形中各挖去一个小球、再把所得的边界球面粘合在一起的操作;这正是手术所追踪的拓扑操作。
本步骤用到的知识