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解法:维亚佐夫斯卡用模形式解决8维与24维球堆积问题

第 1/9 步:陈述球堆积问题及此前已解决的维数
通俗地说

球堆积问题问的是一个从孩童时代就有的简单问题——如何排列相同的球,使其在不重叠的情况下尽可能填满空间——但这里要问的是远超我们能看见的三维的高维情形。在2016年之前,数学家只确切确定了 11、22、33 维的最优答案(最后一个正是1998年被证明的开普勒猜想);88 维与 2424 维之所以令人怀疑,是因为两种异常对称的结构—— E8E_8 格与利奇格——在那里堆球堆得好得令人难以置信,计算机得出的界也表明它们与最优值几乎分毫不差——但“几乎分毫不差”并不是证明。

Δ8=π4384≈0.2537,Δ24=π1212!≈0.00193\Delta_8 = \frac{\pi^4}{384} \approx 0.2537, \qquad \Delta_{24} = \frac{\pi^{12}}{12!} \approx 0.00193
详细分析

球堆积常数 Δd\Delta_d 是在 Rd\mathbb{R}^d 中所有互不重叠单位球堆积上取的上确界,表示球所占空间的比例。此前只在 d=1d=1(平凡)、d=2d=2(六边形堆积,由A·图厄与L·费耶什·托特给出)以及 d=3d=3(面心立方堆积,由T·黑尔斯1998年证明的开普勒猜想给出)时才被精确知晓。科恩与埃尔基斯2003年的线性规划方法给出的 Δd\Delta_d 数值上界,与 R8\mathbb{R}^8 中 E8E_8 格及 R24\mathbb{R}^{24} 中利奇格 Λ24\Lambda_{24} 的密度惊人地接近——对 E8E_8 而言误差在约 1.0000011.000001 倍以内——强烈暗示、但并未证明,这两个高度对称的格是最优的。

2016年,维亚佐夫斯卡证明了 Δ8=π4/384\Delta_8 = \pi^4/384,即 E8E_8 格堆积的精确密度(下面第2–5步概述她的方法);仅仅一周之后,她与亨利·科恩、阿比纳夫·库马尔、斯蒂芬·D·米勒和达尼洛·拉琴科一起,将同样的技巧加以调整,证明了 Δ24=π12/12!\Delta_{24} = \pi^{12}/12!,即利奇格的密度(第6步)。连同 11、22、33 维,这些仍是球堆积问题被完全解决的仅有的几个维数。

本步骤用到的知识