Теренс Чи-Шен Тао FAA FRS ( китайский :陶哲軒; родился 17 июля 1975 года) — австралийско-американский математик , обладатель медали Филдса и профессор математики в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA), где он занимает кафедру Джеймса и Кэрол Коллинз в Колледже литературы и наук. Его исследования включают темы по гармоническому анализу , уравнениям в частных производных , алгебраической комбинаторике , арифметической комбинаторике , геометрической комбинаторике , теории вероятностей , сжатому измерению и аналитической теории чисел . [4]
Тао родился в семье китайских иммигрантов и вырос в Аделаиде . Тао получил медаль Филдса в 2006 году, а также Королевскую медаль и премию за прорыв в математике в 2014 году и является стипендиатом Макартура 2006 года . Тао является автором или соавтором более трехсот научных работ и широко признан одним из величайших ныне живущих математиков. [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Родители Тао — иммигранты из Гонконга в Австралию в первом поколении . [11] Отец Тао, Билли Тао, [a] был китайским педиатром , который родился в Шанхае и получил медицинскую степень ( MBBS ) в Университете Гонконга в 1969 году. [12] Мать Тао, Грейс Леонг, [b] родилась в Гонконге; она получила диплом с отличием по математике и физике в Университете Гонконга . [10] Она была учителем математики и физики в средней школе в Гонконге. [13] Билли и Грейс познакомились, будучи студентами Университета Гонконга. [14] Затем они эмигрировали из Гонконга в Австралию в 1972 году. [11] [10]
У Тао также есть два брата, Тревор и Найджел, которые в настоящее время живут в Австралии. Оба ранее представляли Австралию на Международной математической олимпиаде . [15] [16] Кроме того, Тревор Тао представляет Австралию на международном уровне в шахматах и имеет звание международного мастера по шахматам. [17]
Тао говорит на кантонском диалекте, но не умеет писать по-китайски. Тао женат на Лоре Тао, инженере-электрике из Лаборатории реактивного движения НАСА . [10] [18] Они живут в Лос-Анджелесе , Калифорния, и у них двое детей. [19]
Вундеркинд , [20] Теренс Тао пропустил 6 классов. [21] [22] Тао демонстрировал необычайные математические способности с раннего возраста, посещая университетские курсы математики в возрасте 9 лет. Он является одним из трех детей в истории программы изучения исключительных талантов Университета Джонса Хопкинса, которые набрали 700 или больше баллов в математическом разделе SAT в возрасте всего восьми лет; Тао набрал 760 баллов. [23] Джулиан Стэнли , директор по изучению математически одаренной молодежи , заявил, что у Тао были самые большие математические способности, которые он обнаружил за годы интенсивных поисков. [6] [24]
Тао был самым молодым участником на сегодняшний день в Международной математической олимпиаде , впервые приняв участие в возрасте десяти лет; в 1986, 1987 и 1988 годах он выиграл бронзовую, серебряную и золотую медали соответственно. Тао остается самым молодым обладателем каждой из трех медалей в истории Олимпиады, выиграв золотую медаль в возрасте 13 лет в 1988 году. [25]
В возрасте 14 лет Тао посещал Научно-исследовательский институт , летнюю программу для учащихся средних школ. В 1991 году он получил степени бакалавра и магистра в возрасте 16 лет в Университете Флиндерса под руководством Гарта Годри. [26] В 1992 году он выиграл стипендию Фулбрайта для проведения исследований в области математики в Принстонском университете в Соединенных Штатах. С 1992 по 1996 год Тао был аспирантом Принстонского университета под руководством Элиаса Стайна , получив степень доктора философии в возрасте 21 года. [26] В 1996 году он присоединился к факультету Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе . В 1999 году, когда ему было 24 года, он был повышен до должности профессора в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и остается самым молодым человеком, когда-либо назначенным на эту должность учреждением. [26]
Он известен своим стремлением к сотрудничеству: к 2006 году Тао работал над своими открытиями более чем с 30 другими людьми [6] , а к октябрю 2015 года число соавторов достигло 68.
У Тао было особенно обширное сотрудничество с британским математиком Беном Дж. Грином ; вместе они доказали теорему Грина–Тао , которая хорошо известна как среди любителей, так и среди профессиональных математиков. Эта теорема утверждает, что существуют произвольно длинные арифметические прогрессии простых чисел . The New York Times описала это следующим образом: [27] [28]
В 2004 году доктор Тао вместе с Беном Грином, математиком, который сейчас работает в Кембриджском университете в Англии, решили задачу, связанную с гипотезой о простых числах-близнецах , рассмотрев прогрессии простых чисел — ряды чисел, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. (Например, 3, 7 и 11 составляют прогрессию простых чисел с интервалом 4; следующее число в последовательности, 15, не является простым.) Доктор Тао и доктор Грин доказали, что всегда можно найти где-то в бесконечности целых чисел прогрессию простых чисел с равным интервалом и любой длины.
Многие другие результаты Дао получили широкое освещение в научной прессе, в том числе:
Тао также разрешил или добился прогресса в ряде гипотез. В 2012 году Грин и Тао объявили о доказательствах предполагаемой « задачи о посадке сада », которая требует максимального количества прямых, проходящих ровно через 3 точки в наборе из n точек на плоскости, а не все на одной прямой. В 2018 году вместе с Брэдом Роджерсом Тао показал, что константа де Брейна–Ньюмана , неположительность которой эквивалентна гипотезе Римана , неотрицательна. [32] В 2020 году Тао доказал гипотезу Сендова , касающуюся расположения корней и критических точек комплексного многочлена, в частном случае многочленов с достаточно высокой степенью . [33]
За эти годы Тао завоевал множество математических наград и почестей. [34] Он является членом Королевского общества , Австралийской академии наук (член-корреспондент), Национальной академии наук (иностранный член), Американской академии искусств и наук , Американского философского общества [35] и Американского математического общества . [36] В 2006 году он получил медаль Филдса ; он был первым австралийцем, первым преподавателем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и одним из самых молодых математиков, получивших эту награду. [37] [38] Он также был удостоен стипендии Макартура . Он был представлен в The New York Times , CNN , USA Today , Popular Science и многих других средствах массовой информации. [39] В 2014 году Тао получил награду CTY Distinguished Alumni Honor от Центра Джонса Хопкинса для одаренной и талантливой молодежи перед 979 участниками 8-го и 9-го классов, которые обучаются по той же программе, которую окончил Тао. В 2021 году президент Джо Байден объявил, что Тао был выбран в качестве одного из 30 членов Совета советников президента по науке и технологиям , органа, объединяющего самых выдающихся лидеров Америки в области науки и технологий. [40] В 2021 году Тао был награжден Неделей премии Римана как получатель первой премии Римана 2019 года Международной школой математики Римана в Университете Инсубрии . [41] Тао был финалистом, ставшим австралийцем года в 2007 году. [42]
По состоянию на 2022 год Тао опубликовал более трехсот статей и шестнадцать книг. [43] Его число Эрдёша равно 2. [44] Он является высокоцитируемым исследователем . [45] [46]
В статье журнала New Scientist [47] о его способностях говорится следующее:
Такова репутация Тао, что математики теперь соревнуются за то, чтобы заинтересовать его своими проблемами, и он становится своего рода мистером Fix-it для разочарованных исследователей. «Если вы застряли на проблеме, то один из выходов — заинтересовать Теренса Тао», — говорит Чарльз Фефферман [профессор математики в Принстонском университете]. [37]
Британский математик и лауреат премии Филдса Тимоти Гауэрс отметил широту познаний Тао: [48]
Математические познания Тао представляют собой необычайное сочетание широты и глубины: он может уверенно и авторитетно писать на такие разнообразные темы, как уравнения с частными производными, аналитическая теория чисел, геометрия 3-многообразий, нестандартный анализ, теория групп, теория моделей, квантовая механика, вероятность, эргодическая теория, комбинаторика, гармонический анализ, обработка изображений, функциональный анализ и многие другие. Некоторые из этих областей являются областями, в которые он внес фундаментальный вклад. Другие области являются областями, которые он, по-видимому, понимает на глубоком интуитивном уровне эксперта, несмотря на то, что официально не работает в этих областях. Как он все это делает, а также пишет статьи и книги с невероятной скоростью, является полной загадкой. Говорят, что Дэвид Гильберт был последним человеком, который знал всю математику, но нелегко найти пробелы в знаниях Тао, и если вы это сделаете, то вполне можете обнаружить, что пробелы были заполнены годом позже.
С 2001 по 2010 год Тао был частью сотрудничества с Джеймсом Коллиандером , Маркусом Килем, Джильолой Стаффилани и Хидео Такаокой. Они нашли ряд новых результатов, многие из которых связаны с корректностью слабых решений для уравнений Шредингера , уравнений КдФ и уравнений типа КдФ. [C+03]
Майкл Крайст , Коллиандер и Тао разработали методы Карлоса Кенига , Густаво Понсе и Луиса Веги для установления некорректности некоторых уравнений Шредингера и КдФ для данных Соболева с достаточно низкими показателями. [CCT03] [49] Во многих случаях эти результаты были достаточно точными, чтобы идеально дополнять результаты корректности для достаточно больших показателей, полученные Бургейном, Коллиандером-Килем-Стаффилани-Такаокой-Тао и другими. Другие такие же примечательные результаты для уравнений Шредингера были получены Тао в сотрудничестве с Иоаном Беженару. [BT06]
Особенно примечательным результатом сотрудничества Коллиандера-Киля-Стаффилани-Такаоки-Тао стало установление долговременного существования и теории рассеяния степенного уравнения Шредингера в трех измерениях. [C+08] Их методы, которые использовали масштабную инвариантность простого степенного закона, были расширены Тао в сотрудничестве с Моникой Вишан и Сяои Чжан для работы с нелинейностями, в которых масштабная инвариантность нарушена. [TVZ07] Роуэн Киллип , Тао и Вишан позже добились заметного прогресса в двумерной задаче в радиальной симметрии. [KTV09]
Статья Тао в 2001 году рассматривала уравнение волновых карт с двумерной областью и сферическим диапазоном. [T01a] Он основывался на более ранних инновациях Даниэля Татару , который рассматривал волновые карты, оцененные в пространстве Минковского . [50] Тао доказал глобальную корректность решений с достаточно малыми начальными данными. Основная трудность заключается в том, что Тао рассматривает малость относительно критической нормы Соболева, что обычно требует сложных методов. Позже Тао адаптировал часть своей работы по волновым картам к заданию уравнения Бенджамина–Оно ; Александру Ионеску и Кениг позже получили улучшенные результаты с помощью методов Тао. [T04a] [51]
В 2016 году Тао построил вариант уравнений Навье–Стокса , которые обладают решениями, демонстрирующими нерегулярное поведение за конечное время. [T16] Из-за структурного сходства между системой Тао и самими уравнениями Навье–Стокса следует, что любое положительное решение проблемы существования и гладкости Навье–Стокса должно учитывать специфическую нелинейную структуру уравнений. В частности, некоторые ранее предложенные решения проблемы не могли быть законными. [52] Тао предположил, что уравнения Навье–Стокса могут моделировать полную по Тьюрингу систему, и что, как следствие, может быть возможно (отрицательно) решить проблему существования и гладкости, используя модификацию его результатов. [6] [29] Однако такие результаты остаются (по состоянию на 2024 год) предположительными.
Бент Фугледе выдвинул гипотезу Фугледе в 1970-х годах, предложив основанную на плитках характеристику тех евклидовых областей, для которых ансамбль Фурье обеспечивает базис L2 . [53] Тао разрешил гипотезу отрицательно для размерностей больше 5, основываясь на построении элементарного контрпримера к аналогичной проблеме в условиях конечных групп . [T04b]
Совместно с Камилем Мускалу и Кристофом Тиле Тао рассмотрел некоторые полилинейные сингулярные интегральные операторы с множителем, которому разрешено вырождаться на гиперплоскости, идентифицируя условия, которые обеспечивают непрерывность оператора относительно пространств L p . [MTT02] Это объединило и расширило более ранние известные результаты Рональда Койфмана , Карлоса Кенига , Майкла Лейси , Ива Мейера , Элиаса Штайна и Тиле, среди прочих. [54] [55] [56] [57] [58] [59] Аналогичные проблемы были проанализированы Тао в 2001 году в контексте пространств Бургейна, а не обычных пространств L p . [T01b] Такие оценки используются при установлении результатов корректности для дисперсионных уравнений в частных производных, следуя известным более ранним работам Жана Бургейна , Кенига, Густаво Понсе и Луиса Веги , среди прочих. [60] [61]
Ряд результатов Тао касается явлений «ограничения» в анализе Фурье, которые широко изучались со времен статей Чарльза Феффермана , Роберта Стрихарца и Питера Томаса в 1970-х годах. [62] [63] [64] Здесь изучается операция, которая ограничивает входные функции на евклидовом пространстве до подмногообразия и выводит произведение преобразований Фурье соответствующих мер. Большой интерес представляет выявление показателей, таких что эта операция непрерывна относительно пространств L p . Такие полилинейные задачи возникли в 1990-х годах, в том числе в известных работах Жана Бургейна , Серджиу Кляйнермана и Матея Македона . [65] [66] [67] В сотрудничестве с Аной Варгас и Луисом Вегой Тао внес некоторые основополагающие вклады в изучение проблемы билинейного ограничения, установив новые показатели и проведя связи с проблемой линейного ограничения. Они также нашли аналогичные результаты для билинейной задачи Какейя, которая основана на рентгеновском преобразовании вместо преобразования Фурье. [TVV98] В 2003 году Тао адаптировал идеи, разработанные Томасом Вольфом для билинейного ограничения коническими множествами, в условиях ограничения квадратичными гиперповерхностями. [T03] [68] Мультилинейная постановка для этих задач была дополнительно развита Тао в сотрудничестве с Джонатаном Беннеттом и Энтони Карбери; их работа была широко использована Бургейном и Ларри Гутом при выводе оценок для общих осциллирующих интегральных операторов . [BCT06] [69]
В сотрудничестве с Эммануэлем Кандесом и Джастином Ромбергом Тао внес заметный вклад в область сжатого зондирования . В математических терминах большинство их результатов определяют настройки, в которых выпуклая задача оптимизации правильно вычисляет решение задачи оптимизации, которая, по-видимому, не имеет вычислительно поддающейся обработке структуры. Эти задачи имеют характер поиска решения недоопределенной линейной системы с минимально возможным числом ненулевых записей, называемых «разреженностью». Примерно в то же время Дэвид Донохо рассматривал похожие проблемы с альтернативной точки зрения многомерной геометрии. [70]
Мотивированные яркими численными экспериментами, Кандес, Ромберг и Тао сначала изучили случай, когда матрица задана дискретным преобразованием Фурье. [CRT06a] Кандес и Тао абстрагировали проблему и ввели понятие «ограниченной линейной изометрии», которая является матрицей, количественно близкой к изометрии при ограничении определенными подпространствами. [CT05] Они показали, что этого достаточно для точного или оптимально приближенного восстановления достаточно разреженных решений. Их доказательства, которые включали теорию выпуклой двойственности, были заметно упрощены в сотрудничестве с Ромбергом, чтобы использовать только линейную алгебру и элементарные идеи гармонического анализа. [CRT06b] Эти идеи и результаты были позже улучшены Кандесом. [71] Кандес и Тао также рассмотрели ослабления условия разреженности, такие как степенной распад коэффициентов. [CT06] Они дополнили эти результаты, опираясь на большой корпус прошлых результатов в теории случайных матриц, чтобы показать, что, согласно гауссовскому ансамблю, большое количество матриц удовлетворяет свойству ограниченной изометрии. [CT06]
В 2007 году Кандес и Тао представили новый статистический оценщик для линейной регрессии, который они назвали «селектор Данцига». Они доказали ряд результатов его успешности в качестве оценщика и селектора моделей, примерно параллельно с их более ранней работой по сжатому измерению. [CT07] С тех пор ряд других авторов изучали селектор Данцига, сравнивая его с похожими объектами, такими как статистическое лассо, введенное в 1990-х годах. [72] Тревор Хасти , Роберт Тибширани и Джером Х. Фридман приходят к выводу, что он «несколько неудовлетворителен» в ряде случаев. [73] Тем не менее, он по-прежнему представляет значительный интерес в статистической литературе.
В 2009 году Кандес и Бенджамин Рехт рассмотрели аналогичную задачу восстановления матрицы, зная только несколько ее элементов и информацию о том, что матрица имеет низкий ранг. [74] Они сформулировали задачу в терминах выпуклой оптимизации, изучая минимизацию ядерной нормы. Кандес и Тао в 2010 году разработали дальнейшие результаты и методы для той же задачи. [CT10] Позднее Рехт нашел улучшенные результаты. [75] Аналогичные задачи и результаты рассматривались также рядом других авторов. [76] [77] [78] [79] [80]
В 1950-х годах Юджин Вигнер инициировал изучение случайных матриц и их собственных значений. [81] [82] Вигнер изучал случай эрмитовых и симметричных матриц , доказав «закон полукруга» для их собственных значений. В 2010 году Тао и Ван Ву внесли большой вклад в изучение несимметричных случайных матриц. Они показали, что если n велико и элементы матрицы A размером n × n выбираются случайным образом в соответствии с любым фиксированным распределением вероятностей с математическим ожиданием 0 и стандартным отклонением 1, то собственные значения A будут иметь тенденцию быть равномерно разбросанными по кругу радиусом n 1/2 вокруг начала координат; это можно сделать точным, используя язык теории меры . [TV10] Это дало доказательство давно предполагаемого кругового закона , который ранее был доказан в более слабых формулировках многими другими авторами. В формулировке Тао и Ву круговой закон становится непосредственным следствием «принципа универсальности», утверждающего, что распределение собственных значений может зависеть только от среднего значения и стандартного отклонения заданного покомпонентного распределения вероятностей, тем самым обеспечивая сведение общего кругового закона к расчету для специально выбранных распределений вероятностей.
В 2011 году Тао и Ву установили «теорему четырех моментов », которая применяется к случайным эрмитовым матрицам , компоненты которых распределены независимо, каждый со средним 0 и стандартным отклонением 1, и которые экспоненциально вряд ли будут большими (как для гауссовского распределения ). Если рассмотреть две такие случайные матрицы, которые согласны относительно среднего значения любого квадратичного полинома в диагональных элементах и относительно среднего значения любого четверичного полинома в недиагональных элементах, то Тао и Ву показывают, что ожидаемое значение большого числа функций собственных значений также будет совпадать, с точностью до ошибки, которая равномерно контролируется размером матрицы и которая становится произвольно малой по мере увеличения размера матрицы. [TV11] Аналогичные результаты были получены примерно в то же время Ласло Эрдёшем, Хорнг-Тцером Яу и Цзюнь Инем. [83] [84]
В 2004 году Тао совместно с Жаном Бургейном и Нетсом Кацем изучали аддитивную и мультипликативную структуру подмножеств конечных полей простого порядка. [BKT04] Хорошо известно, что нетривиальных подколец такого поля не существует . Бургейн, Кац и Тао дали количественную формулировку этого факта, показав, что для любого подмножества такого поля число сумм и произведений элементов подмножества должно быть количественно большим по сравнению с размером поля и размером самого подмножества. Улучшения их результата были позже даны Бургейном, Алексеем Глибичуком и Сергеем Конягиным . [85] [86]
Тао и Бен Грин доказали существование произвольно длинных арифметических прогрессий в простых числах ; этот результат обычно называют теоремой Грина–Тао , и он является одним из самых известных результатов Тао. [GT08] Источником арифметических прогрессий Грина и Тао является теорема Эндре Семереди 1975 года о существовании арифметических прогрессий в определенных наборах целых чисел. Грин и Тао показали, что можно использовать «принцип переноса», чтобы распространить справедливость теоремы Семереди на дальнейшие наборы целых чисел. Теорема Грина–Тао тогда возникает как частный случай, хотя нетривиально показать, что простые числа удовлетворяют условиям расширения Грином и Тао теоремы Семереди.
В 2010 году Грин и Тао дали полилинейное расширение знаменитой теоремы Дирихле об арифметических прогрессиях . Для заданной матрицы A размера k × n и матрицы v размера k × 1 , все компоненты которой являются целыми числами, Грин и Тао дают условия, когда существует бесконечно много матриц x размера n × 1 , таких что все компоненты Ax + v являются простыми числами. [GT10] Доказательство Грина и Тао было неполным, поскольку оно было обусловлено недоказанными гипотезами. Эти гипотезы были доказаны в более поздних работах Грина, Тао и Тамар Циглер . [GTZ12]
Теренс Тао получил множество наград за свою работу. В 2006 году Теренс Тао получил медаль Филдса , высшую награду в области математики.
{{cite journal}}
: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )