Введение
Ричард Мелвин Шён (Richard Melvin Schoen, 23 октября 1950 года рождения) — американский математик, известный своими работами в области дифференциальной геометрии и геометрического анализа. Он наиболее известен решением проблемы Ямабе в 1984 году.
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.
Карьера
Родился в Селине, штат Огайо, и окончил среднюю школу Форт-Рекувери в 1968 году. Получил степень бакалавра математики в Университете Дейтона. Затем в 1977 году получил докторскую степень в Стэнфордском университете. После преподавания в Институте Куранта, Нью-Йоркском университете, Калифорнийском университете в Беркли и Калифорнийском университете в Сан-Диего, с 1987 по 2014 год был профессором в Стэнфордском университете, а с 1992 года – профессором гуманитарных и естественных наук имени Басса. В настоящее время является выдающимся профессором и руководителем кафедры превосходства в преподавании в Калифорнийском университете в Ирвине. Его фамилия произносится как "Шейн". Шён получил стипендию NSF Graduate Research Fellowship в 1972 году и стипендию Sloan Research Fellowship в 1979 году. В 1983 году он был приглашенным докладчиком на Международном математическом конгрессе в Варшаве, в 1986 году – пленарным докладчиком на Международном математическом конгрессе в Беркли, а в 2010 году – пленарным докладчиком на Международном математическом конгрессе в Хайдарабаде. За работу над проблемой Ямабе Шён был удостоен Мемориальной премии Бошера в 1989 году. Он получил награду декана Стэнфордского университета за выдающиеся достижения в области преподавания за 2014–2015 годы. В 2015 году был избран вице-президентом Американского математического общества. В 2015 году ему была присвоена степень почётного доктора наук Университета Уорика. В 2017 году он получил премию Вульфа по математике, которую разделил с Чарльзом Фефферманом. В том же году он был удостоен премии Хайнца Хопфа, медали и премии Лобачевского Казанского федерального университета и премии Рольфа Шока. Он подготовил более 44 докторантов, среди которых Хьюберт Брей, Хосе Ф. Эскобар, Айлана Фрейзер, Чикако Месэ, Уильям Миникоцци и Андре Невс.
Математическая работа
Шен исследовал применение аналитических методов в глобальной дифференциальной геометрии, внеся ряд фундаментальных вкладов в теорию регулярности минимальных поверхностей и гармонических отображений.
Гармонические карты
В 1976 году Шоун и Шинг Тунг Яу использовали более ранние теоремы Лиувиля Яу, чтобы распространить явления жесткости, ранее обнаруженные Джеймсом Иллсом и Джозефом Сэмпсоном, на некомпактные случаи. Выявив определенное взаимодействие тождества Бохнера для гармонических отображений со второй вариацией формулы площади для минимальных гиперповерхностей, они также установили новые условия на область, приводящие к тому же заключению. Эти теоремы жесткости дополняются их теоремой о существовании гармонических отображений на некомпактных областях, как простое следствие решения Ричардом Гамильтоном краевой задачи Дирихле. В результате они получили ряд замечательных геометрических результатов, например, то, что некоторые некомпактные многообразия не допускают полных метрик неотрицательной кривизны Риччи. В двух статьях 1980-х годов Шоун и Карен Уленбек внесли основополагающий вклад в теорию регулярности гармонических отображений, минимизирующих энергию. Разработанные ими методы, основанные на широком использовании формул монотонности, оказали значительное влияние на область геометрического анализа и были адаптированы к ряду других задач. К их фундаментальным результатам относятся теоремы о компактности для множеств гармонических отображений и контроль над размером соответствующих сингулярных множеств. Леон Саймон применил эти результаты для получения ясной картины мелкомасштабной геометрии гармонических отображений, минимизирующих энергию. Позже Михаил Громов пришел к пониманию того, что расширение теории гармонических отображений, допускающее значения в метрических пространствах вместо римановых многообразий, будет иметь ряд важных применений, а аналоги классической теоремы жесткости Эллса — Сэмпсона дадут новые теоремы жесткости для решеток. Детальная аналитическая проработка такой теории была выполнена Шоеном. Шоун и Николас Коревар заложили дальнейшие основы для этого нового подхода к гармоническим отображениям.
Минимальные поверхности, положительная скалярная кривизна и теорема о положительной массе
В 1979 году Шён и его бывший научный руководитель, Шинг Тун Яу, внесли ряд весьма влиятельных вкладов в изучение положительной скалярной кривизны. С помощью элементарного, но нового сочетания уравнения Гаусса, формулы для второй вариации площади и теоремы Гаусса — Бонне, Шён и Яу смогли исключить существование нескольких типов стабильных минимальных поверхностей в трехмерных многообразиях с положительной скалярной кривизной. Сопоставляя этот результат со своей аналитически глубокой теоремой, устанавливающей существование таких поверхностей, они смогли получить ограничения на то, какие многообразия могут допускать метрику с положительной скалярной кривизной. Шён и Дорис Фишер Колбри позже провели более широкое исследование стабильных минимальных поверхностей в трехмерных многообразиях, используя вместо этого анализ оператора устойчивости и его спектральных свойств. Индуктивный аргумент, основанный на существовании стабильных минимальных гиперповерхностей, позволил им распространить свои результаты на более высокие размерности. Дальнейшие аналитические методы облегчили применение топологических хирургий к многообразиям, допускающим метрики с положительной скалярной кривизной, показав, что класс таких многообразий топологически богат. Михаил Громов и Х. Блейн Лоусон получили аналогичные результаты другими методами, также проведя более глубокий анализ топологических следствий. Распространив свои методы на некомпактные многообразия, Шён и Яу смогли решить важную риманову формулировку теоремы о положительной массе в общей теории относительности, которую можно рассматривать как утверждение о геометрическом поведении некомпактных многообразий с положительной скалярной кривизной. Как и их первоначальные результаты, аргумент основан на противоречии. Более конструктивный аргумент, использующий теорию гармонических спиноров вместо минимальных гиперповерхностей, позже был найден Эдвардом Виттеном. Шён, Яу и Леон Саймон выявили простое сочетание формулы Саймонса с формулой для второй вариации площади, которое дает важные оценки кривизны для стабильных минимальных гиперповерхностей малой размерности. В 1983 году Шён получил аналогичные оценки в частном случае двумерных поверхностей, используя существование изотермических координат. Несколько более слабые оценки были получены Шёном и Саймоном, хотя и без каких-либо размерных ограничений. Основные следствия оценок Шёна — Саймона включают теоремы о компактности для стабильных минимальных гиперповерхностей, а также контроль над размером «сингулярных множеств». В частности, оценки Шёна — Саймона являются важным инструментом в теории мини-макс Альмгрена — Питтса, которая нашла ряд применений. Возможное наличие сингулярных множеств ограничивает размерности, в которых индуктивные аргументы Шёна и Яу могут быть легко реализованы. Между тем, существенное использование Виттеном спиноров ограничивает его результаты топологически специальными случаями. Таким образом, общий случай теоремы о положительной массе в более высоких размерностях оставался важной нерешенной проблемой в работе Шёна и Яу 1979 года. В 1988 году они решили эту проблему в произвольной размерности в частном случае, когда тензор Вейля равен нулю; это имело большое значение для конформной геометрии. В 2017 году они опубликовали препринт, утверждающий общий случай, в котором они непосредственно рассматривают сингулярные множества минимальных гиперповерхностей.
Проблема Ямабе и конформальная геометрия
В 1960 году Хидехико Ямабе представил "функционал Ямабе" на конформном классе римановых метрик и показал, что критическая точка будет обладать постоянной скалярной кривизной. Он добился частичного прогресса в доказательстве существования критических точек, который был продолжен Нилом Трудингером и Тьерри Обином. Работа Обина, в частности, разрешила случаи высокой размерности или когда существует точка, в которой тензор Вейля отличен от нуля. В 1984 году Шён завершил рассмотрение случаев, оставшихся нерешенными в работе Обина, ключевым моментом чего стало перемасштабирование метрики с помощью функции Грина оператора Лапласа-Бельтрами. Это позволило применить теорему о положительной массе Шёна и Яу к полученной метрике, предоставив важную асимптотическую информацию об исходной метрике. Работы Ямабе, Трудингера, Обина и Шёна в совокупности составляют решение проблемы Ямабе, утверждающей, что в каждом конформном классе существует метрика с постоянной скалярной кривизной. В 1989 году Шён также смог адаптировать анализ "пузырьков" Карен Уленбек, разработанный для других геометрико-аналитических задач, к задаче о постоянной скалярной кривизне. Вопрос об уникальности критических точек функционала Ямабе и, в более общем смысле, о компактности множества всех критических точек, является тонким вопросом, впервые исследованным Шёном в 1991 году. Более полные результаты были получены позднее Саймоном Брендлом, Маркусом Хури, Фернандо Кодой Маркесом и Шёном.
Теорема дифференцируемой сферы
В 1980-х годах Ричард Гамильтон ввёл поток Риччи и доказал ряд теорем о сходимости, в частности, для двух- и трёхмерных пространств. Хотя он и другие получили частные результаты в высоких размерностях, прогресс тормозился сложностью понимания сложного тензора кривизны Римана. Саймон Брендл и Шён смогли доказать, что положительность "изотропной кривизны", предложенной Марио Микалефом и Джоном Муром, сохраняется потоком Риччи в любом измерении, что было независимо доказано Хью Нгуеном. Брендл и Шён также смогли связать своё условие положительности с положительностью сечений и оператора кривизны, что позволило им использовать недавние алгебраические идеи Кристофа Бёма и Буркхарда Вилкинга и получить новую теорему о сходимости для потока Риччи. Частным случаем их теоремы о сходимости является теорема о дифференцируемой сфере как простое следствие, которая на протяжении последних пятидесяти лет была известной гипотезой в изучении положительной сечений.