Ученые опровергли гипотезу о двухъярусной кровати
Математики из России, в числе которых два выпускника НИУ ВШЭ, опровергли известную в математике гипотезу, которая, хотя и не имела убедительного доказательства, считалась верной на протяжении 40 лет. Гипотеза о двухъярусной кровати относится к теории перколяции — разделу математики, изучающему возникновение связанных структур в независимых средах.
В 1980-е годы ее предложил голландский физик Питер Кастелейн: он хотел математически описать, как жидкости просачиваются через пористые поверхности, например как вода наполняет губку.
Гипотеза основывается на случайных соединениях вершин в воображаемом графе, похожем на двухъярусную кровать. Она утверждает, что вероятность возникновения связи между двумя вершинами на одном уровне выше, чем вероятность связи между уровнями.
Данное утверждение интуитивно кажется верным, однако до недавнего времени не было найдено убедительного доказательства, которое бы подтвердило или опровергло его. Скептики считали, что утверждение носит слишком общий характер и не может быть верным для всех случаев.
Чаще всего в математике стараются найти доказательство верности утверждения, лишь изредка работа направлена на опровержение. Но команда математиков из России — Игорь Пак, Никита Гладков и Александр Зимин — сумела найти контрпример, который разрушил гипотезу.
«Вообще, с двухъярусной кроватью мы с моим товарищем и коллегой Никитой Гладковым познакомились еще на первом курсе Вышки. Мы были соседями по общежитию, и у нас в комнате была та самая двухъярусная кровать, — шутит Александр Зимин. — В случае с гипотезой о двухъярусной кровати мы понимали, что она верна для большинства случаев. Но нас интересовал вопрос, есть ли такие редкие случаи, для которых она была бы ложной».
Сначала команда пыталась найти контрпример с помощью методов машинного обучения. Исследователи обучили нейросеть находить возможные связи в графах и пытались перебрать все варианты. Однако для графов, у которых было больше 9 вершин, количество возможных вариантов связей стремительно возрастало, и масштаб задачи быстро превысил возможности анализа. Доказательство не было найдено.
Тогда они адаптировали методы гиперграфов, для которых уже существовало опровержение гипотезы двухъярусной кровати, к классическим графам и построили очень сложную структуру, содержащую тысячи вершин и ребер. В получившемся графе вероятность связи между верхним и нижним уровнями оказалась чуть более высокой, чем вероятность связи на нижнем уровне, что и позволило разрушить гипотезу.
«Мы с соавторами, Игорем Паком и Никитой Гладковым, которые сейчас работают в UCLA, отлично дополняли друг друга в этой задаче. Я предпочитаю использовать численные методы. На мой взгляд, чтобы хорошо понять задачу, нужно уметь ее запрограммировать, объяснить компьютеру. А вот Никита считает иначе и предпочитает опираться на более абстрактный, интуитивный уровень», — рассказывает один из авторов статьи, аспирант факультета математики НИУ ВШЭ Александр Зимин.
Александр Зимин
Найденный контрпример ставит перед наукой фундаментальные вопросы о том, можно ли полагаться на интуицию, насколько важен критический подход в математике, а также в целом об интерпретации доказательств, основанных на вероятностных данных.
Вам также может быть интересно:
НИУ ВШЭ и ВТБ запустили онлайн-курс для школьников и студентов «Математика для неЛюбителей»
Авторы курса в восьми уроках на примерах из жизни показывают важность и нужность математики. Курс предназначен для школьников, которые готовятся к сдаче ЕГЭ, и студентов, обучающихся по специальностям, не требующим углубленного знания этого предмета. Проект реализован учеными и преподавателями НИУ ВШЭ по инициативе ректора Никиты Анисимова при поддержке Банка ВТБ.
«Это была прекрасная школа для нового поколения математиков»
На прошлой неделе в НИУ ВШЭ прошла пятидневная конференция по алгебраической геометрии и математической физике, организованная совместно с Пекинским институтом математических наук и приложений. В ней приняли участие более 30 математиков из ведущих университетов мира, в том числе молодые ученые.
Математики России и Китая встретятся в Вышке
С 5 по 9 ноября 2024 года в НИУ ВШЭ пройдет совместная конференция по алгебраической геометрии и математической физике Высшей школы экономики и Пекинского института математических наук и приложений. Более 30 математиков из ведущих университетов России и Китая выступят с докладами о современных достижениях в области геометрии и математической физики. Конференция пройдет в гибридном формате.
НИУ ВШЭ проведет студенческую школу-конференцию «Математическая весна — 2023»
С 27 по 30 марта 2023 года в нижегородском кампусе НИУ ВШЭ пройдет четвертая студенческая школа-конференция «Математическая весна — 2023», которая организована Международной лабораторией динамических систем и приложений НИУ ВШЭ при поддержке мегагранта правительства РФ в рамках нацпроекта «Наука и университеты».
«Теория чисел помогает тренировать абстрактное и категорное мышление»
«Введение в теорию чисел» — авторский онлайн- курс Владимира Шарича, старшего преподавателя факультета математики НИУ ВШЭ. Программа воспитывает вкус к математической красоте и дает практические алгоритмичные инструменты для поиска ответов на теоретико-числовые вопросы. Курс интегрирован в учебные планы в формате смешанного обучения в Вышке и в вузах-партнерах.
В Вышке стартует курс ДПО для школьных учителей математики
3 октября в НИУ ВШЭ начинается программа ДПО «Математика и ее приложения для преподавателей старших классов». Она рассчитана на школьных учителей математики, информатики, естественных наук, а также студентов старших курсов педагогических вузов со специализацией «математика», «физика», «информатика».
Студенты ВШЭ заняли призовые места на международной олимпиаде по математике IMC-2022
29-я Международная студенческая олимпиада по математике (International Mathematics Competition for University Students) прошла в начале августа в смешанном формате — очно в болгарском Благоевграде и онлайн. Наград удостоились восемь учащихся факультета компьютерных наук и факультета математики Высшей школы экономики.
«Математика — это праздник, который всегда с тобой»
Почему всем нам нужно изучать математику? Как устроено математическое образование — в мире, России и Вышке? Где работают и чем занимаются выпускники математических специальностей? На эти и другие вопросы в интервью YouTube-каналу ВШЭ ответили Александра Скрипченко, декан факультета математики НИУ ВШЭ, и Иван Аржанцев, декан факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ.
Два проекта НИУ ВШЭ стали победителями в очередном конкурсе «мегагрантов»
В седьмой раз состоялся конкурс на предоставление «мегагрантов» для поддержки исследований под руководством ведущих мировых ученых. Научная группа в Нижнем Новгороде будет изучать динамические системы, а в Москве появится лаборатория социальной нейробиологии.
«Вся наша жизнь — динамическая система»
Недавно Лаборатория топологических методов в динамике, которой в нижегородском кампусе заведует профессор ВШЭ Ольга Починка, получила статус международной. О прикладной пользе исследований в фундаментальной математике и грандиозных планах на будущее Ольга Витальевна рассказала новостной службе портала. Это интервью — первое в рамках спецпроекта о работе Международных лабораторий Вышки.