第99章 星星之火
  世界协调时零点,arxiv放出了当天的更新列表。
  对全世界的数学工作者来说,这是一个再普通不过的时刻。
  伺服器位於康奈尔大学的庞大机器,像一台不知疲倦的学术吞吐泵,將全球各地在过去二十四小时內提交的智慧结晶、心血、亦或是狂想,无差別地倾泻在网际网路上。
  每天这个时候,几百篇新预印本会被批量推送上线,按学科分类,整整齐齐地排进各自的列表里。
  代数几何、数论、偏微分方程、组合数学……
  每一个分类下面,都是一长串当天上传的標题,作者,和那串以年月开头的编號。
  绝大多数论文,会在这个列表里待上一天,被全世界各地的几十个人扫一眼摘要,也许有两三个人会点开pdf下载,然后沉下去。
  等待它们的是不知道有没有尽头的审稿周期,或者乾脆在学术的汪洋大海中无人问津。
  这就是学术世界的日常。
  平静,海量,毫不起眼,却又暗流涌动。
  在整个数学分类下,当天新增论文超过百篇。
  math.co,组合数学分类下,也排著一长串新標题。
  英国,沃里克。
  当地时间凌晨一点零七分,马库斯·霍尔特原本已经合上电脑,准备睡觉。
  他今年四十六岁,是沃里克大学的数学教授。
  他的研究方向是离散几何,如果用更精確的学术语言来界定,他做的是平面铺砌与非周期代换系统。
  这个方向冷门艰深,极度考验研究者对几何拓扑的直觉。
  全世界真正將身家性命压在这个方向上的核心研究者,满打满算不超过一百五十人。
  他们大多彼此认识,甚至清楚每个人手头正在攻克的子课题。
  但睡前扫一眼 arxiv 更新列表,是霍尔特十几年雷打不动的习惯。
  大多数时候,更新列表上只是一些熟悉领域里的小改进,某个问题的推广,某个模型的技术修补。
  並不会给他带来惊喜。
  霍尔特端著一杯刚泡好的洋甘菊茶,靠在书房那把有些褪色的皮质靠背椅上,用右手拇指在ipad的屏幕上机械地往下划。
  图著色问题在稀疏图上的算法边界,跳过。
  关於某些特殊超图组合恆等式的代数证明,跳过。
  一种新型多面体拉姆齐数估计,扫一眼摘要,存下来回头让博士生看看。
  下一篇。
  an aperiodic monotile via local forcing.
  霍尔特的拇指悬停在屏幕上方,第一反应绝不是兴奋。
  相反,涌上心头的是几乎刻进dna里的职业性疲惫,甚至伴隨了轻微的烦躁。
  因为非周期单砖这五个字,在他这个圈子里,是一个特殊的存在。
  它就像是物理学界的永动机,或者数论界的哥德巴赫猜想,自带一种致命的魔力,吸引著无数飞蛾扑火。
  正因为它有名,正因为它在几何直观上显得如此通俗易懂,所以每隔一段时间,霍尔特的邮箱里,arxiv的列表上,就会冒出一个声称解决了它的勇士。
  绝大多数是民间数学爱好者。
  有人寄来自以为能铺满平面的手绘怪形状,附上一封长达十几页,充满感嘆號和狂热情绪的信件。
  有人把彭罗斯铺砌改了改边缘线,换个顏色,就宣布自己顛覆了凝聚態物理和结晶学。
  有人的证明通篇充斥著显然,容易看出,不难想到,却在最基础的拓扑定义上漏洞百出。
  霍尔特记得,几年前,有一个自称退休工程师的人甚至把一份这样的手稿,同时寄给了圈里好几个人,据说连九十多岁的彭罗斯本人都收到了一份。
  结果那东西,连第一页的欧氏空间等距变换群的定义都没撑过去。
  他见过太多了。
  多到养成了一种条件反射,看到单砖加非周期再加一个查无背景的名字,他基本可以断定,这又是一篇可以三秒钟扫完,然后永远丟进垃圾桶的东西。
  他嘆了口气,端起茶杯喝了一口,拇指准备划过。
  但他没有。
  因为標题里的最后两个词,像一根极细的针,轻轻扎了一下他的视神经。
  local forcing
  这个词太冷太具体了。
  这不太像民科或者业余爱好者喜欢用的词。
  民科的论文,標题往往很长很满,带著生怕世界不知道其伟大的抑制不住的兴奋。
  比如——《关於一类全新的非周期铺砌的革命性发现及其对晶体学的深远意义》,诸如此类。
  而这一篇,只有六个词。
  an aperiodic monotile via local forcing.
  霍尔特鬼使神差地轻触了屏幕。
  平板加载出pdf。
  点开详情页,他的目光习惯性地先扫向作者和单位。
  jiangcheng no.7 high school, china
  霍尔特的眉头立刻皱了起来。
  高中?
  中国高中?
  单作者?
  这几个信息元素叠加在一起,在数学界的语境下,几乎相当於把不要浪费时间这六个字打在了屏幕上。
  在高度专业化的现代数学中,一个署名单位是中国普通高中的作者,单枪匹马解决一个困扰学界半个世纪的几何难题?
  概率无限趋近於零。
  如果不是刚才扫了一眼摘要,霍尔特绝对会立刻关掉这个页面。
  摘要也很短。
  没有革命性的,没有突破,没有任何一个试图说服读者它有多重要的形容词。
  它只是平静地陈述:本文构造了一个单连通多边形,证明它能够铺满平面,且任何这样的铺砌都不具有平移周期性。
  克制而精准,是极其標准的现代数学学术语言。
  霍尔特往下翻,直接跳过引言,来到了第一张图。
  图 1:tile j 的几何构造
  屏幕上出现了一个十三边形。
  霍尔特端著茶杯的手,瞬间悬停在半空,茶水因为细微的颤抖而在杯壁上盪起一圈涟漪。
  他做了二十多年的铺砌研究,对各种几何形状有著一种近乎野兽般的直觉和嗅觉。
  眼前这个东西,轮廓极度不规则,到处是突兀的凹角和凸角,像一顶被人粗暴压扁又用力拧过一把的怪帽子。
  太丑了。
  但让霍尔特瞳孔微缩的是,它不是民科会画出来的那种丑。
  民科画的丑,往往是隨意的,没有內在逻辑的,为了凑拼图而强行扭曲边缘的丑。
  而眼前的这个十三边形的丑,带著一种令人心悸的必然性。
  它不像是一个凭审美画出来的图形,反倒看著像是一组极度严苛的数学方程互相倾轧妥协后,被死死约束出来的解。
  它的每一个角,似乎都卡在某个特定的角度上。
  它的每一条边,似乎都和別的边有著说不清的对应关係。
  这说明,这个形状底层嵌在一个非常经典的六角形/三角形网格之中。
  霍尔特本能地放下茶杯,坐直了身体,两指在屏幕上放大,仔细审视那条看似突兀的凹边。
  “不对劲。”
  他低声喃喃自语,点开pdf侧栏,跳到第三节。
  第一页开头孤零零地印著两行英文。
  this section does not prove uniqueness of individual tile assignments.
  it proves recognizability of the hierarchical skeleton under finite boundary ambiguity.
  霍尔特盯著这两行英文看了足足一分钟。
  之前的疲惫和漫不经心一扫而空,取而代之的是一种猎人看到未知猛兽足跡时的战慄。
  这句话太专业了。
  甚至可以说,太知道爱因斯坦问题的命门和痛处了。
  在过去几十年无数宣告失败的单砖候选证明中,百分之九十的人都死在一个地方。
  他们天真地以为,只要证明了每一块底层的砖都能唯一地归入某个上一层的大块,证明就完成了。
  然而,在无限延伸的平面上,由於非周期性,边界上总会存在某些模稜两可的拼接方式。
  真正要证明的,不是每一块底层砖都能绝对唯一地归入上一层大块,而是在有限边界歧义之外,层级骨架能不能被局部规则稳定读出。
  这个来自中国高中的傢伙,不仅知道这个陷阱,甚至主动把刀尖对准了这里。
  霍尔特已经变凉的花草茶推到书桌边缘,重新打开pdf的侧边栏,深吸了一口气,直接跳到整个证明最核心也是最容易暴毙的章节。
  04_no_periodic_strip.pdf
  如果这篇稿子是某个高级別的恶作剧,或者存在某个隱蔽的致命错误,百分之九十九会在这里露馅。
  霍尔特先看读法约定。
  然后看翻面处理。
  再看短重复片段。
  很快,他看到一张表。
  s-3,s-4,s-5,s-6,s-7。
  这些是局部看起来,似乎有可能顺著某个轴线进行周期延展的边界片段。
  作者根本没有把这些危险的局部组合藏起来,或者用一句容易证明其不成立糊弄过去。
  相反,他像一个冷酷的外科医生,把这些可能导致理论崩溃的毒瘤一个个切开,单独编號。
  他列出了这些片段的初始形態,翻面读法约束,然后最关键的是,他推演了这些片段在进行第三次代换后的分裂情况。
  霍尔特的手指在屏幕上停住,低声感嘆了一句:“interesting...”
  继续翻附录。
  一个小时之后,霍尔特靠回椅背,只觉得一阵难以名状的电流从尾椎骨窜上后脑。
  他看了看电脑右下角的时间,凌晨一点四十五分。
  他思索片刻,打开邮箱客户端,新建了一封邮件。
  在收件人栏里,他谨慎地敲下了第一个名字:craig kaplan。
  停顿了一下。
  滑铁卢大学的那帮人是做计算几何、铺砌和可视化的顶级专家。
  对这种基於代换规则的复杂构造,kaplan的团队拥有世界上最敏锐的代码直觉。
  如果存在低级错误,他们写个脚本跑一下就能发现。
  於是,他又输入了第二个名字:chaim goodman-strauss。
  阿肯色大学的几何学家。
  如果这篇稿子的层级替代结构存在拓扑学上的幻觉,那种级別的老狐狸几乎不可能看不出来。
  他原本还想再加几个名字。
  想了想,又刪掉了一半。
  离散几何的圈子太小了。
  小到一封带有可能解决单砖问题暗示的邮件一旦扩散出去,半天之內就能传遍全球所有真正关心这个问题的人,甚至引来媒体的无端骚扰。
  在还没有真正看清,没有做哪怕一次基础覆核之前,霍尔特不想製造无谓的学术噪音。
  最后,他的邮件標题写得极短,不带任何標点符號。
  you need to look at this.
  正文更是简练到了极点。
  i am not saying it is correct.
  but it is not the usual nonsense. look at section 4, specifically the treatment of the s-5 ambiguity.
  点击发送后,霍尔特没有去睡觉,而是重新回到pdf第一页,拿起触控笔,在那个丑陋的十三边形旁边,重重地画了一个圈。
  这一次,他开始逐字逐句地,用审视数学真理的严苛目光,认真阅读。
  书房的窗外,是英国深夜浓重的黑暗。
  但在学术网际网路的神经元里,一个巨大的信號已经开始沿著光缆飞速传递。
  几个小时后,加拿大,滑铁卢市。
  craig kaplan刚刚起床。
  作为一个长期浸淫在penrose铺砌、伊斯兰几何纹样和计算机替代系统中的专家,他每天的第一件事就是煮咖啡,然后查阅邮箱。
  当他看到来自马库斯·霍尔特半夜发来的邮件时,咖啡壶正发出咕嚕咕嚕的沸腾声。
  “you need to look at this.”
  看到这个標题,kaplan挑了挑眉毛。
  他太了解霍尔特了,那个典型的英国老派学者,绝不会轻易在邮件里用这种带有命令式的迫切语气。
  他端著咖啡,点开了邮件里的arxiv连结。
  看標题,看摘要,看图 1 的形状。
  然后,他的目光落在了作者单位上:jiangcheng no.7 high school。
  kaplan 盯著屏幕足足愣了十秒钟,然后扑哧一声笑了出来。
  “马库斯昨晚是不是喝多了?”
  他本能地想要关掉页面,但处於对霍尔特学术信誉的尊重,他忍住了。
  把页面拉到了霍尔特邮件中特別指出的第四节。
  几分钟后,kaplan脸上的笑意完全消失了。
  他放下马克杯,立刻唤醒了旁边的两台高性能工作站。
  ……
  同一时间,德国,柏林。
  一个计算几何与组合算法实验室里。
  年轻的博士后研究员克劳斯正在跑一个smt求解器。
  他没有看证明文本。
  他是被同门师兄在群里@起来的。
  “用de bruijn网格法,测试这块砖的局部可延展性。”克劳斯一边咬著冷掉的三明治,一边敲击键盘。
  他要做的,是让超级计算机来判断,给定一个由tile j拼成的半径为r的圆盘区域,是否必然存在一种方法將其扩展到无穷大,並且在扩展过程中强制打破平移周期性。
  这是局部强迫理论在计算学上的终极试金石。
  屏幕上的终端窗口疯狂滚动著数据。
  状態空间呈指数级爆炸,但克劳斯写出了极好的剪枝算法,去掉了那些在论文s表格中已经被证实为死路的分支。
  半小时后,计算结束。
  终端输出了绿色的字符:no periodic patches found up to r=10.
  surviving branches match substitution data.
  克劳斯手里的三明治掉在了桌子上。
  他在那个只有七八个顶级算法研究者的私密小群里发了一张截图。
  下面附带了几句话。
  i expected nonsense.
  this is not nonsense.
  at least the local forcing table is not collapsing.
  this deserves a real proof check.
  ……
  欧洲,北美,日本……
  在这看似风平浪静的几个小时內,火苗开始在学术圈极其隱秘的深处,沿著最顶尖的几个大脑迅速蔓延。
  没有人在社交媒体上大呼小叫,真正懂行的人都在沉默地下载pdf,沉默地写代码验证,沉默地在草稿纸上推演s-5表格的拓扑死路。
  下午两点。一个名叫tiling & tessellation的硬核学术论坛上,终於有人忍不住贴出了tile j的图。
  帖子標题非常谨慎:another einstein claim? (tile j, on arxiv today)
  最开始的十几个回復,充满了学术界常见的刻薄和冷嘲热讽。
  “high school? seriously? ”
  “等有人验证了代换系统再叫醒我。”
  “轮廓太隨意了,不像是有深刻代数性质的东西。”
  可是,仅仅过了四十分钟,风向变了。
  一个顶著滑铁卢大学ip的帐號(很多人猜测是kaplan实验室的人)回復了一句。
  等等,这个代换结构看起来是真的,我刚用他们的坐標重新生成了前四层超大块,没有重叠。
  又过了一会儿,一位在法国cnrs工作的学者贴出了论文里那四类超图块的矩阵截图。
  他配文道。
  局部规则极其丑陋。它受到令人难以置信的约束。这通常是个好兆头。虚假的证明往往看起来太完美太对称了。而这个,看著像现实。
  论坛里原本喧闹的冷嘲热讽开始迅速安静下来。
  真正懂一点的人,已经闭嘴去啃那份主文档、补充证明和代码核验包了。
  不懂的人,还在盯著那块怪异的十三边形图案,爭论它到底像什么。
  有人说像被踩扁的风箏。
  有人说像坏掉的箭头。
  有人说像一只被数学家严刑拷打过的螃蟹。
  tile j的第一批外號,就在这种既惊愕又荒诞的气氛中,乱七八糟地诞生了。
  江城大学,数学科学学院,c216室。
  下午三点。
  顾南舟的邮箱开始像拉响了防空警报一样,连续不断地弹出新邮件提示。
  作为江城大学数学院的领军人物之一,他清楚地知道,现在发生的一切,意味著什么。
  第一封来自美国,罗格斯大学。
  语气礼貌,但问题像手术刀一样锋利。
  “顾教授,请问作者江临真的是一名高中教师吗?”
  “该构造是否经过您团队的独立核查,引理 3.2 中是否存在隱式假设?”
  第二封来自欧洲,法兰西学院。
  一位脾气古怪但极具权威的布尔巴基学派的老几何学家发来的。
  他的邮件比代码还短。
  “有补充代码吗,我们想重现局部状態表,我怀疑s-4情况的完备性。”
  第三封来自日本,京都大学数理解析研究所。
  对方问得极细,显然是把论文生吞活剥了一遍。
  “在04节中,s-5的短重复似乎依赖於特定的读法约定。如果对右边界应用手性反射,拓扑同胚是否仍然成立,是否有详细的展开说明?”
  第四封来自一个没有任何机构后缀的陌生gmail地址,只有乾巴巴的一句。
  “请確认这不是一场恶作剧。”
  ……
  伦敦时间下午两点,北京时间晚上十点。
  拥有两万多名学术界关注者的,马库斯·霍尔特的个人推特帐號上,出现了一条极其简短的动態。
  我暂时还没准备好为完整的拓扑证明背书,但tile j预印本值得严肃且严谨的关注,其代换规则在计算上是稳健的。
  没有感嘆號,没有夸张的表情包配图,没有任何情绪化的形容词,甚至连可能解决了单砖问题这种推测都没有提。
  但对於懂行的人来说,这句话的分量重於泰山。
  因为它是一个极其明確的信號。
  意思是:学术界的大佬已经亲自下场跑过数据了。
  这篇来自中国高中的论文,已经正式脱离了民科胡扯的范畴,拿到了进入神圣学术殿堂进行最终审判的入场券。
  大家可以开始花时间去推敲它了。
  半小时后,这条推特的截图被人转进了国內几个核心的纯数微信群。
  又过了十几分钟,知乎上出现了一个匿名提问,並迅速被打上了热榜標籤。
  提问:如何评价马库斯·霍尔特称 arxiv最新上线的tile j论文值得严肃对待?
  底下第一条高赞回復,带著一种抑制不住的惊疑不定。
  “谢邀,刚在数学群里看到截图,整个人都是懵的。查了一下作者单位,jiangcheng no.7 high school。真的假的,不是同名同姓的某位大佬恶搞?”
  第二条回復更加专业且谨慎。
  “別急著吹,霍尔特教授的话很严谨,只是说计算稳健,没说拓扑证明对了。如果真的是单砖,那就不是普通大新闻,而是非周期铺砌方向最具终结意味的成果,是可以直接写进数学史教科书。如果是假新闻或者营销號炒作,这种反噬能毁了一个人。所以我的建议是,先等同行覆核。”
  但无论大家如何谨慎,火苗已经不可阻挡地从学术圈边缘开始往大眾视野漫延。