Ричард Шён: Американ математигінің өмірбаяны мен ғылыми еңбектері
Richard Schoen
Ричард Шён – американ математигі, дифференциалды геометрия және геометриялық анализ саласындағы жұмыстарымен танымал. Ямабе мәселесін шешкені үшін белгілі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ричард Мелвин Шоун (Richard Melvin Schoen, 1950 жылғы 23 қазанда туған) – американдық математик, дифференциалдық геометрия және геометриялық талдау салаларындағы жұмыстарымен белгілі. Ол 1984 жылы Ямабе мәселесін шешуімен ең көп танылған.
American mathematician
Richard Melvin Schoen (born October 23, 1950) is an American mathematician known for his work in differential geometry and geometric analysis. He is best known for the resolution of the Yamabe problem in 1984.
Мансап
Ол Огайо штатының Селина қаласында дүниеге келген және 1968 жылы Форт-Рекувери орта мектебін бітірген. 1977 жылы Стэнфорд университетінен математика ғылымдарының докторы (PhD) дәрежесін алды. Нью-Йорк университетінің Курант институтында, Берклидегі Калифорния университеті мен Сан-Диегодағы Калифорния университетінде профессорлық қызмет атқарғаннан кейін, 1987-2014 жылдар аралығында Стэнфорд университетінде профессор, ал 1992 жылдан бастап гуманитарлық және ғылымдар бойынша Басс профессоры болды. Қазіргі уақытта ол Калифорния университетінің Ирвайн қаласындағы Distinguished профессоры және Excellence in Teaching Chair лауазымында қызмет етеді. Оның тегі "Шейн" деп айтылады. Шон 1972 жылы NSF аспирантуралық зерттеу стипендиясын және 1979 жылы Слоан зерттеу стипендиясын алды. 1983 жылы Варшавада өткен Халықаралық математиктер конгресінде (ICM) шақырылған баяндамашы, 1986 жылы Берклиде өткен ICM-де пленарлық баяндамашы, ал 2010 жылы Хайдарабадта өткен ICM-де пленарлық баяндамашы болды. Ямабе мәселесі бойынша жұмысы үшін Шонға 1989 жылы Бохер ескерткіш сыйлығы табысталды. Ол Стэнфорд университетінен оқытудағы өмірлік жетістіктері үшін 2014-15 жылдарғы деканат сыйлығын алды. 2015 жылы ол Америка математикалық қоғамының вице-президенті болып сайланды. 2015 жылы Уорвик университетінің құрметті ғылым докторы атанды. Ол 2017 жылы Чарльз Фефферманмен бөлісіп, математикадан Волф сыйлығына ие болды. Сол жылы ол Хайнц Хопф сыйлығын, Қазан Федералдық Университетінің Лобачевский медалін және сыйлығын, сондай-ақ Рольф Шок сыйлығын алды. Оның 44-тен астам докторанты бар, олардың ішінде Хуберт Брей, Хосе Ф. Эскобар, Айлана Фрейзер, Чикако Мессе, Уильям Миникоцци және Андре Невес есімдері бар.
Born in Celina, Ohio, and a 1968 graduate of Fort Recovery High School, he received his B. S. from the University of Dayton in mathematics. He then received his PhD in 1977 from Stanford University. After faculty positions at the Courant Institute, NYU, University of California, Berkeley, and University of California, San Diego, he was Professor at Stanford University from 1987–2014, as Bass Professor of Humanities and Sciences since 1992. He is currently Distinguished Professor and Excellence in Teaching Chair at the University of California, Irvine. His surname is pronounced "Shane." Schoen received an NSF Graduate Research Fellowship in 1972 and a Sloan Research Fellowship in 1979. In 1983 he was an Invited Speaker at the ICM in Warsaw, in 1986 he was a Plenary Speaker at the ICM in Berkeley, and in 2010 he was a Plenary Speaker at the ICM in Hyderabad. For his work on the Yamabe problem, Schoen was awarded the Bôcher Memorial Prize in 1989. He received the 2014–15 Dean’s Award for Lifetime Achievements in Teaching from Stanford University. In 2015, he was elected Vice President of the American Mathematical Society. He was awarded an Honorary Doctor of Science from the University of Warwick in 2015. He received the Wolf Prize in Mathematics for 2017, shared with Charles Fefferman. In the same year, he was awarded the Heinz Hopf Prize, the Lobachevsky Medal and Prize by Kazan Federal University, and the Rolf Schock Prize. He has had over 44 doctoral students, including Hubert Bray, José F. Escobar, Ailana Fraser, Chikako Mese, William Minicozzi, and André Neves.
Математикалық жұмыс
Шон ғаламдық дифференциалдық геометрияда аналитикалық әдістерді зерттеді, минималды беттердің және гармоникалық бейнелеулердің реттелу теориясына маңызды үлес қосты.
Schoen has investigated the use of analytic techniques in global differential geometry, with a number of fundamental contributions to the regularity theory of minimal surfaces and harmonic maps.
Гармоникалық карталар
1976 жылы Шоен мен Шинг Тунг Яу Яудың бұрынғы Лиувилл теоремаларын пайдаланып, Джеймс Элс пен Джозеф Сэмпсон бұрын анықтаған қатаңдық құбылыстарын компакт емес жағдайларға кеңейтті. Гармоникалық карталар үшін Бохнер тождестігінің және минималды гипербеттер үшін аудан формуласының екінші өзгеруінің арақатынасын анықтау арқылы, олар домендегі жаңа шарттарды анықтады, бұл осы қорытындыға әкелді. Бұл қатаңдық теоремалары Рихард Гамильтонның Дирихле шекаралық мәселесін шешуінің тікелей салдары ретінде компакт емес домендердегі гармоникалық карталардың болу теоремасымен толықтырылады. Осының нәтижесінде, кейбір таңғажайып геометриялық нәтижелер табылды, мысалы, кейбір компакт емес көптүрліліктер теріс емес Риччи қисықтығына ие толық метрикаларды қабылдамайды. 1980-ші жылдардағы екі мақалада Шоен мен Карен Уленбек энергияны азайтушы гармоникалық карталардың тұрақтылық теориясына маңызды үлес қосты. Олар монотондық формулаларды кеңінен пайдаланып жасаған әдістер геометриялық талдау саласында үлкен ықпал етті және көптеген басқа да мәселелерге бейімделді. Олардың негізгі қорытындыларына гармоникалық карталар жиындарының компакттылық теоремалары және сәйкес ерекше жиындардың мөлшерін бақылау кіреді. Леон Саймон энергияны азайтушы гармоникалық карталардың кішкентай масштабтағы геометриясын анық бейнелеу үшін осындай нәтижелерді қолданды. Кейін Михаил Громов гармоникалық карталар теориясын кеңейтудің, мәндерді Римандық көптүрліліктердің орнына метрикалық кеңістіктерде алуға мүмкіндік берудің, классикалық Эелс-Сэмпсон қатаңдық теоремасының аналогтарын беретін торлар үшін жаңа қатаңдық теоремаларына ие маңызды қолданыстары бар екенін түсінді. Мұндай теорияның күрделі талдамалық егжей-тегжейлерін Шоен жасады. Гармоникалық карталар үшін осы жаңа контекстің қосымша негіздерін Шоен мен Николас Коревар қалады.
In 1976, Schoen and Shing Tung Yau used Yau's earlier Liouville theorems to extend the rigidity phenomena found earlier by James Eells and Joseph Sampson to noncompact settings. By identifying a certain interplay of the Bochner identity for harmonic maps together with the second variation of area formula for minimal hypersurfaces, they also identified some novel conditions on the domain leading to the same conclusion. These rigidity theorems are complemented by their existence theorem for harmonic maps on noncompact domains, as a simple corollary of Richard Hamilton's resolution of the Dirichlet boundary value problem. As a consequence they found some striking geometric results, such as that certain noncompact manifolds do not admit any complete metrics of nonnegative Ricci curvature. In two papers from the 1980s, Schoen and Karen Uhlenbeck made a foundational contribution to the regularity theory of energy minimizing harmonic maps. The techniques they developed, making extensive use of monotonicity formulas, have been very influential in the field of geometric analysis and have been adapted to a number of other problems. Fundamental conclusions of theirs include compactness theorems for sets of harmonic maps and control over the size of corresponding singular sets. Leon Simon applied such results to obtain a clear picture of the small scale geometry of energy minimizing harmonic maps. Later, Mikhael Gromov had the insight that an extension of the theory of harmonic maps, to allow values in metric spaces rather than Riemannian manifolds, would have a number of significant applications, with analogues of the classical Eells−Sampson rigidity theorem giving novel rigidity theorems for lattices. The intense analytical details of such a theory were worked out by Schoen. Further foundations of this new context for harmonic maps were laid out by Schoen and Nicholas Korevaar.
Минималды беттер, оң скалярлық қисықтық және оң масса теоремасы
1979 жылы Шоен және оның бұрынғы докторлық жетекшісі Шинг Тунг Яу оң скалярлық қисықты зерттеуге маңызды үлес қосты. Гаусс теңдеуінің, ауданының екінші өзгеру формуласының және Гаусс-Боне теоремасының қарапайым, бірақ жаңа комбинациясы арқылы Шоен мен Яу оң скалярлық қисықтығы бар үш өлшемді көптүрліліктердегі тұрақты минималды беттердің бірнеше түрінің болуын жоққа шығарды. Бұл нәтижені осындай беттердің бар екенін көрсететін олардың терең аналитикалық теоремасымен салыстыра отырып, олар оң скалярлық қисықтық метрикасын қабылдай алатын көптүрліліктерге қатысты шектеулерге қол жеткізді. Шоен мен Дорис Фишер Колбри кейіннен 3 өлшемді көптүрліліктердегі тұрақты минималды беттерді кеңірек зерттеді, оның орнына тұрақтылық операторы мен оның спектрлік қасиеттерін пайдаланды. Тұрақты минималды гипербеттердің болуына негізделген индуктивтік аргумент оларға нәтижелерін жоғары өлшемдерге дейін кеңейтуге мүмкіндік берді. Қосымша аналитикалық әдістер оң скалярлық қисықтығы бар көптүрліліктерге топологиялық операцияларды қолдануға мүмкіндік берді, бұл мұндай көптүрліліктер класы топологиялық жағынан бай екенін көрсетті. Михаэль Громов пен Х. Блейн Лоусон басқа әдістермен ұқсас нәтижелерге қол жеткізді, сонымен қатар топологиялық салдарларын тереңірек талдады. Шоен мен Яу өздерінің техникаларын компакт емес көптүрліліктерге кеңейту арқылы жалпы салыстырмалылық теориясындағы оң масса теоремасының Риман жағдайын шеше алды, оны оң скалярлық қисықтығы бар компакт емес көптүрліліктердің шексіздікке жақын геометриялық мінез-құлқы туралы мәлімдеме ретінде қарастыруға болады. Бұл аргумент, олардың бастапқы нәтижелері сияқты, қайшылыққа негізделген. Кейін Эдвард Виттен ең аз гипербеттердің орнына гармоникалық спиннерлер теориясын пайдалану арқылы конструктивті аргумент тапты. Шоен, Яу және Леон Саймон Саймон формуласының екінші өзгеру формуласымен қарапайым үйлесімін анықтады, бұл төмен өлшемді тұрақты минималды гипербеттер үшін маңызды қисықтық бағалауларын береді. 1983 жылы Шоен екі өлшемді беттердің ерекше жағдайында, изотермиялық координаттардың болуын пайдаланып, ұқсас бағалаулар алды. Шоен мен Саймонның бағалаулары сәл әлсіз болды, бірақ өлшемдік шектеусіз. Шоен-Саймон бағалауларының маңызды салдары тұрақты минималды гипербеттер үшін компакттылық теоремаларын, сондай-ақ "бірлік жиынтықтардың" мөлшерін бақылауды қамтиды. Атап айтқанда, Шоен-Саймон бағалауы Альмгрен-Питс мини-макс теориясының маңызды құралы болып табылады, ол көптеген қолданбаларды тапқан. Мүмкін болатын бірлік жиынтықтардың болуы Шоен мен Яудың индуктивтік аргументтерін оңай жүзеге асыруға болатын өлшемдерді шектейді. Сонымен қатар, Виттеннің спиннерлерді пайдалануы оның нәтижелерін топологиялық ерекше жағдайлармен шектейді. Осылайша, жоғары өлшемдегі оң масса теоремасының жалпы жағдайы Шоен мен Яудың 1979 жылғы жұмысында ашық мәселе ретінде қалды. 1988 жылы олар Вейль тензоры нөлге тең болатын ерекше жағдайда кез келген өлшемдегі мәселені шешті, бұл конформациялық геометрияда маңызды болды. 2017 жылы олар жалпы жағдайды талап ететін препринт жариялады, онда олар тікелей минималды гипербеттердің бірлік жиынтықтарымен айналысады.
In 1979, Schoen and his former doctoral supervisor, Shing Tung Yau, made a number of highly influential contributions to the study of positive scalar curvature. By an elementary but novel combination of the Gauss equation, the formula for second variation of area, and the Gauss Bonnet theorem, Schoen and Yau were able to rule out the existence of several types of stable minimal surfaces in three dimensional manifolds of positive scalar curvature. By contrasting this result with an analytically deep theorem of theirs establishing the existence of such surfaces, they were able to achieve constraints on which manifolds can admit a metric of positive scalar curvature. Schoen and Doris Fischer Colbrie later undertook a broader study of stable minimal surfaces in 3 dimensional manifolds, using instead an analysis of the stability operator and its spectral properties. An inductive argument based upon the existence of stable minimal hypersurfaces allowed them to extend their results to higher dimensions. Further analytic techniques facilitated the application of topological surgeries on manifolds which admit metrics of positive scalar curvature, showing that the class of such manifolds is topologically rich. Mikhael Gromov and H. Blaine Lawson obtained similar results by other methods, also undertaking a deeper analysis of topological consequences. By an extension of their techniques to noncompact manifolds, Schoen and Yau were able to settle the important Riemannian case of the positive mass theorem in general relativity, which can be viewed as a statement about the geometric behavior near infinity of noncompact manifolds with positive scalar curvature. Like their original results, the argument is based upon contradiction. A more constructive argument, using the theory of harmonic spinors instead of minimal hypersurfaces, was later found by Edward Witten. Schoen, Yau, and Leon Simon identified a simple combination of the Simons formula with the formula for second variation of area which yields important curvature estimates for stable minimal hypersurfaces of low dimensions. In 1983, Schoen obtained similar estimates in the special case of two dimensional surfaces, making use of the existence of isothermal coordinates. Slightly weaker estimates were obtained by Schoen and Simon, although without any dimensional restriction. Fundamental consequences of the Schoen−Simon estimates include compactness theorems for stable minimal hypersurfaces as well as control over the size of "singular sets." In particular, the Schoen−Simon estimates are an important tool in the Almgren–Pitts min max theory, which has found a number of applications. The possible presence of singular sets restricts the dimensions in which Schoen and Yau's inductive arguments can be easily carried out. Meanwhile Witten's essential use of spinors restricts his results to topologically special cases. Thus the general case of the positive mass theorem in higher dimensions was left as a major open problem in Schoen and Yau's 1979 work. In 1988, they settled the problem in arbitrary dimension in the special case that the Weyl tensor is zero; this has been significant in conformal geometry. In 2017, they released a preprint claiming the general case, in which they deal directly with the singular sets of minimal hypersurfaces.
Ямабе проблемасы және конформальды геометрия
1960 жылы Хидехико Ямабе Риманн метрикасының конформдық класына "Ямабе функционалын" енгізді және сындық нүктенің тұрақты скалярлық қисықтығы болатынын көрсетті. Ол сындық нүктелердің болуын дәлелдеуге ішінара үлес қосты, оны Нил Трудингер және Тьерри Обен одан әрі дамытты. Обеннің жұмысы, әсіресе, жоғары өлшемді жағдайларды немесе Вейль тензоры нөлдік емес нүкте бар болған кездегі жағдайларды шешті. 1984 жылы Шоен Обеннің жұмысынан ашық қалған жағдайларды шешті, оның шешуші тұсы метриканы Лаплас-Бельтрами операторының Грин функциясымен қайта масштабтау болды. Бұл Шоен мен Яудың оң масса теоремасын алынған метрикаға қолдануға мүмкіндік берді, соның нәтижесінде бастапқы метрика туралы маңызды асимптотикалық ақпарат алынды. Ямабе, Трудингер, Обен және Шоеннің еңбектері Ямабе мәселесінің шешімін құрайды, ол әрбір конформдық класта тұрақты скалярлық қисықтығы бар метриканың бар екенін көрсетеді. 1989 жылы Шоен басқа геометриялық-талдаулық мәселелер үшін әзірленген Карен Уленбектің көпіршіктерді талдауын тұрақты скалярлық қисықтық жағдайына бейімдеуге қол жеткізді. Ямабе функционалының сындық нүктелерінің бірегейлігі және, жалпы алғанда, барлық сындық нүктелер жиынының ықшамдығы – бұл 1991 жылы Шоен алғаш зерттеген күрделі мәселе. Кейіннен Саймон Брендл, Маркус Хури, Фернандо Кода Маркес және Шоен толық нәтижелер алды.
In 1960, Hidehiko Yamabe introduced the "Yamabe functional" on a conformal class of Riemannian metrics and demonstrated that a critical point would have constant scalar curvature. He made partial progress towards proving that critical points must exist, which was taken further by Neil Trudinger and Thierry Aubin. Aubin's work, in particular, settled the cases of high dimension or when there exists a point where the Weyl tensor is nonzero. In 1984, Schoen settled the cases left open by Aubin's work, the decisive point of which rescaled the metric by the Green's function of the Laplace Beltrami operator. This allowed an application of Schoen and Yau's positive mass theorem to the resulting metric, giving important asymptotic information about the original metric. The works of Yamabe, Trudinger, Aubin, and Schoen together comprise the solution of the Yamabe problem, which asserts that there is a metric of constant scalar curvature in every conformal class. In 1989, Schoen was also able to adapt Karen Uhlenbeck's bubbling analysis, developed for other geometric analytic problems, to the setting of constant scalar curvature. The uniqueness of critical points of the Yamabe functional, and more generally the compactness of the set of all critical points, is a subtle question first investigated by Schoen in 1991. Fuller results were later obtained by Simon Brendle, Marcus Khuri, Fernando Codá Marques, and Schoen.
Дифференциалданған сфералар теоремасы
1980 жылдары Ричард Гамильтон Риччи ағынын енгізіп, екі және үш өлшемді кеңістіктер үшін бірқатар жуысу (конвергенция) нәтижелерін дәлелдеді. Ол және басқалар жоғары өлшемдерде жартылай нәтижелер тапқанмен, Риман қисықтық тензорын түсінудің қиындығы прогреске кедеріс келтірді. Саймон Брендл мен Шён Марио Микальлеф пен Джон Мурдың "изотроптық қисықтығының" оңдығын Риччи ағыны кез келген өлшемде сақтайтынын дәлелдеді, бұл фактіні Хью Нгуен де тәуелсіз түрде дәлелдеді. Брендл мен Шён одан әрі осы оңдық шартын қималық қисықтық пен қисықтық оператордың оңдығымен байланыстыра алды, бұл оларға Кристоф Бём мен Буркхард Вилкингтің соңғы кезде қолданған алгебралық идеяларын пайдалануға мүмкіндік берді, соның нәтижесінде Риччи ағыны үшін жаңа жуысу теоремасын алды. Олардың жуысу теоремасының ерекше жағдайы дифференциалданатын сфера теоремасының қарапайым салдары болып табылады, бұл соңғы елу жыл бойы оң қималық қисықты зерттеуде кең таралған болжам болды.
In the 1980s, Richard Hamilton introduced the Ricci flow and proved a number of convergence results, most notably for two and three dimensional spaces. Although he and others found partial results in high dimensions, progress was stymied by the difficulty of understanding the complicated Riemann curvature tensor. Simon Brendle and Schoen were able to prove that the positivity of Mario Micallef and John Moore's "isotropic curvature" is preserved by the Ricci flow in any dimension, a fact independently proven by Huy Nguyen. Brendle and Schoen were further able to relate their positivity condition to the positivity of sectional curvature and of curvature operator, which allowed them to exploit then recent algebraic ideas of Christoph Böhm and Burkhard Wilking, thereby obtaining a new convergence theorem for Ricci flow. A special case of their convergence theorem has the differentiable sphere theorem as a simple corollary, which had been a well known conjecture in the study of positive sectional curvature for the past fifty years.