ปัญหาของไซมอน
ในทางคณิตศาสตร์ปัญหาของไซมอน ( หรือปัญหาของไซมอน ) คือชุดคำถาม 15 ข้อที่ตั้งขึ้นในปี 2000 โดยแบร์รี ไซมอนนักฟิสิกส์คณิตศาสตร์ชาวอเมริกัน[ 1 ] [ 2 ] ปัญหา ของ ไซมอนได้รับแรงบันดาลใจจากชุดปัญหาทางคณิตศาสตร์และการคาดการณ์ ที่ยังเปิดอยู่ชุดอื่นๆ เช่นรายการที่มีชื่อเสียงของเดวิด ฮิลเบิร์ต และเกี่ยวข้องกับ ตัวดำเนินการควอนตัม [ 3 ] แปดข้อในจำนวนนี้เกี่ยวข้องกับ พฤติกรรม สเปกตรัม ที่ผิดปกติ ของตัวดำเนินการชโรดิงเกอร์ และห้าข้อเกี่ยวข้องกับตัวดำเนินการที่รวมศักยภาพคูลอมบ์[ 1 ] [ 4 ]
ในปี 2014 Artur Avilaได้รับรางวัลFields Medalจากผลงานที่รวมถึงการแก้ปัญหา Simon สามข้อ[ 5 ] [ 6 ]หนึ่งในนั้นคือปัญหาการพิสูจน์ว่าเซตของระดับพลังงานของระบบควอนตัมเชิงนามธรรมเฉพาะระบบหนึ่งนั้นคือเซต Cantorซึ่งเป็นความท้าทายที่รู้จักกันในชื่อ "ปัญหา Ten Martini" ตามรางวัลที่Mark Kacเสนอให้สำหรับการแก้ปัญหานี้[ 6 ] [ 7 ]
รายการ 2000 รายการเป็นการปรับปรุงชุดปัญหาที่คล้ายกันซึ่งไซมอนได้ตั้งไว้ในปี 1984 [ 8 ] [ 9 ]
บริบท
คำจำกัดความเบื้องต้นสำหรับปัญหาเกี่ยวกับ "พลังงานคูลอมบ์" ( อนุภาคที่ไม่เป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ( อิเล็กตรอน ) ที่มีสปินและนิวเคลียส ที่มีมวลอนันต์ พร้อมประจุและปฏิสัมพันธ์แบบคูลอมบ์):
- คือปริภูมิของฟังก์ชันซึ่งไม่สมมาตรภายใต้การสลับพิกัดสปินและปริภูมิ[ 1 ]หรือเทียบเท่ากับปริภูมิย่อยซึ่งไม่สมมาตรภายใต้การสลับปัจจัย
- แฮมิลโทเนียนคือโดยที่คือพิกัดของ อนุภาคที่ และคือตัวดำเนินการลาปลาเซียนเทียบกับพิกัด ถึงแม้ว่าแฮมิลโทเนียนจะไม่ขึ้นอยู่กับสถานะของภาคส่วนสปินโดยตรง แต่การมีอยู่ของสปินก็มีผลเนื่องจากเงื่อนไขความไม่สมมาตรของฟังก์ชันคลื่นรวม
- เรากำหนดซึ่งก็คือ พลังงาน สถานะพื้นฐานของระบบ
- เรากำหนดให้เป็นค่าที่เล็กที่สุดของโดยที่ สำหรับ จำนวนเต็มบวกทั้งหมด; เป็นที่ทราบกันว่าจำนวนดังกล่าวมีอยู่เสมอและอยู่ระหว่างและ เสมอ รวมทั้งสองค่าด้วย[ 1 ]
รายชื่อปี 1984
ไซมอนได้ระบุปัญหาต่อไปนี้ในปี พ.ศ. 2527: [ 8 ]
| เลขที่ | ชื่อย่อ | คำแถลง | สถานะ | ปีที่แก้ไขแล้ว |
|---|---|---|---|---|
| อันดับ 1 | (ก) อนุภาคที่มีแรงโน้มถ่วงแบบนิวตันมักมีอยู่ทั่วโลกเกือบตลอดเวลา | (a) จงพิสูจน์ว่าเซตของเงื่อนไขเริ่มต้นที่สมการของนิวตันไม่มีคำตอบทั่วโลกนั้นมีมาตรเป็นศูนย์ | เปิดเมื่อปี พ.ศ. 2527 [ 8 ]ในปี พ.ศ. 2520 Saari แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นจริงสำหรับปัญหา 4 ร่าง[ 10 ] | ? |
| (b) การมีอยู่ของภาวะเอกฐานที่ไม่เกิดจากการชนกันในปัญหาN -body แบบนิวตัน | จงแสดงให้เห็นว่ามีภาวะเอกฐานที่ไม่เกิดจากการชนกันใน ปัญหา N -body แบบนิวตัน สำหรับค่าN บางค่า และมวลที่เหมาะสม | ในปี พ.ศ. 2531 Xia ได้ยกตัวอย่างการกำหนดค่า 5 วัตถุซึ่งเกิดภาวะเอกฐานที่ไม่เกิดการชนกัน[ 11 ] [ 12 ] ในปี พ.ศ. 2534 Gerver แสดงให้เห็นว่า ปัญหา n -body 3 ตัวในระนาบสำหรับค่าn ที่มีขนาดใหญ่พอสมควร จะเกิดภาวะเอกฐานที่ไม่ชนกันด้วย[ 13 ] | 1989 | |
| อันดับที่ 2 | (ก) ความเป็นเออร์โกดิกของก๊าซที่มีแกนอ่อน | จงหาศักยภาพแบบผลักที่เรียบซึ่งทำให้พลวัตของ อนุภาค Nตัวในกล่อง (เช่น กล่องที่มีศักยภาพผนังเรียบ) เป็นแบบเออร์โกดิก | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 ไซนายเคยพิสูจน์ว่าก๊าซทรงกลมแข็งเป็นเออร์โกดิก แต่ไม่มีการพิสูจน์ที่สมบูรณ์ใดๆ ปรากฏออกมา ยกเว้นกรณีของอนุภาคสองตัว และภาพร่างสำหรับอนุภาคสาม สี่ และห้าตัว[ 8 ] | ? |
| (ข) การเข้าสู่สมดุล | ใช้สถานการณ์ข้างต้นเพื่อพิสูจน์ว่าระบบขนาดใหญ่ที่มีแรงดึงดูดในระยะที่เหมาะสมจะเข้าสู่สมดุล หรือหาสถานการณ์อื่นที่ไม่ต้องอาศัยความเป็นเออร์โกดิกอย่างเคร่งครัดในปริมาตรจำกัด | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? | |
| (c) ความเป็นอาเบเลียนเชิงอะซิมโทติกสำหรับพลวัตไฮเซนเบิร์กควอนตัม | พิสูจน์หรือหักล้างว่าแบบจำลองควอนตัมไฮเซนเบิร์ก หลายมิติ เป็นแบบอะเบเลียนเชิงอะซิมโทติกหรือไม่ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? | |
| อันดับ 3 | ความปั่นป่วนและเรื่องอื่นๆ ทั้งหมดนั้น | พัฒนาทฤษฎีที่ครอบคลุมเกี่ยวกับพฤติกรรมระยะยาวของระบบพลวัตรวมถึงทฤษฎีเกี่ยวกับการเริ่มต้นและการพัฒนาของความปั่นป่วนอย่างสมบูรณ์ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| อันดับที่ 4 | (ก) กฎความร้อนของฟูริเยร์ | จงหาแบบจำลองทางกลที่ระบบขนาดหนึ่งที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองข้างมีอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เป็นไปตามลิ มิต | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (ข) สูตรของคุโบะ | อธิบายสูตรของคุโบะในแบบจำลองควอนตัม หรือค้นหาทฤษฎีอื่นเกี่ยวกับสภาพนำไฟฟ้า | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? | |
| อันดับที่ 5 | (ก) การลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลของความสัมพันธ์ไฮเซนเบิร์กแบบคลาสสิก | พิจารณาแบบจำลองไฮเซนเบิร์กแบบคลาสสิกสองมิติ พิสูจน์ว่าสำหรับค่าเบตา ใดๆ ความสัมพันธ์จะลดลงแบบเอกซ์ponential เมื่อระยะทางเข้าใกล้ค่าอนันต์ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (b) เฟสบริสุทธิ์และอุณหภูมิต่ำสำหรับแบบจำลองไฮเซนเบิร์กแบบคลาสสิก | พิสูจน์ว่า ในแบบจำลองที่ค่าเบตามากและที่มิติn สถานะสมดุลจะก่อตัวเป็นวงโคจรเดียวภายใต้ทรงกลม | |||
| (c) GKS สำหรับแบบจำลองไฮเซนเบิร์กแบบคลาสสิก | ให้และเป็นผลคูณจำกัดในรูปแบบในแบบจำลอง จริงหรือไม่ที่ ? | |||
| (d) การเปลี่ยนสถานะในแบบจำลองควอนตัมไฮเซนเบิร์ก | พิสูจน์ว่าสำหรับค่าเบต้าขนาดใหญ่ แบบจำลองควอนตัมไฮเซนเบิร์กมีระเบียบแบบระยะไกล | |||
| อันดับที่ 6 | คำอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์เฟอร์โรแมกเนติซึม | ตรวจสอบภาพจำลองของไฮเซนเบิร์กเกี่ยวกับต้นกำเนิดของแม่เหล็กเฟอร์โร (หรือภาพจำลองอื่น) ในแบบจำลองที่เหมาะสมของระบบควอนตัมที่สมจริง | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| อันดับที่ 7 | การมีอยู่ของการเปลี่ยนเฟสแบบต่อเนื่อง | แสดงให้เห็นว่าสำหรับการเลือกศักยภาพคู่และความหนาแน่นที่เหมาะสม พลังงานอิสระจะไม่เป็นลบที่ค่าเบต้าบางค่า | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| อันดับที่ 8 | (ก) การกำหนดกลุ่มการปรับมาตรฐานใหม่ | พัฒนาการแปลงค่ามาตรฐานที่แม่นยำทางคณิตศาสตร์ สำหรับ ระบบประเภท Ising มิติ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (ข) การพิสูจน์ความเป็นสากล | แสดงให้เห็นว่าเลขชี้กำลังวิกฤตสำหรับระบบประเภทไอซิงที่มีการเชื่อมต่อเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด แต่มีความแข็งแรงของพันธะที่แตกต่างกันในสามทิศทางนั้น ไม่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความแข็งแรงของพันธะ | |||
| อันดับที่ 9 | (ก) ความสมบูรณ์เชิงอะซิมโทติกสำหรับ ระบบควอนตัม N อนุภาค ระยะสั้น | พิสูจน์ว่า. | เปิดทำการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2527 [ 8 ] | ? |
| (b) ความสมบูรณ์เชิงอะซิมโทติกสำหรับศักยภาพคูลอมบ์ | สมมติว่า. จงพิสูจน์ว่า. | |||
| อันดับที่ 10 | (ก) ความเป็นเอกรูปของพลังงานไอออนไนเซชัน | (ก) พิสูจน์ว่า. | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (ข) การแก้ไขของสกอตต์ | พิสูจน์ว่ามีอยู่จริงและเป็นค่าคงที่ที่สก็อตต์ค้นพบ | |||
| (ค) การแตกตัวเป็นไอออนแบบอะซิมโทติก | จงหาค่าประมาณเชิงเส้นกำกับ ชั้นนำ ของ. | |||
| (d) ลักษณะเชิงอนุกรมของประจุไอออนสูงสุด | พิสูจน์ว่า. | |||
| (e) อัตราการยุบตัวของสสารโบส | ค้นหาสิ่งที่เหมาะสมเพื่อให้... | |||
| วันที่ 11 | การมีอยู่ของผลึก | พิสูจน์รูปแบบที่เหมาะสมของการมีอยู่ของผลึก (เช่น มีทางเลือกในการลดขนาดโครงสร้างให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งจะลู่เข้าสู่โครงสร้างตาข่ายอนันต์บางอย่าง) | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| วันที่ 12 | (ก) การมีอยู่ของสถานะขยายในแบบจำลองแอนเดอร์สัน | พิสูจน์ว่าในและ สำหรับค่าเล็กๆนั้น มีบริเวณของสเปกตรัมต่อเนื่องอย่างสมบูรณ์ของแบบจำลองแอนเดอร์สัน และพิจารณาว่าข้อความนี้เป็นเท็จหรือไม่สำหรับ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (b) ขอบเขตการแพร่กระจายของการ "ขนส่ง" ในศักยภาพแบบสุ่ม | พิสูจน์ว่าสำหรับแบบจำลองแอนเดอร์สันและศักยภาพสุ่มทั่วไปอื่นๆ | |||
| (c) ความเรียบของขอบการเคลื่อนที่ในแบบจำลองแอนเดอร์สัน | ความหนาแน่นสถานะแบบบูรณาการ เป็นฟังก์ชันในแบบจำลองแอนเดอร์สันที่ค่าการเชื่อมต่อทั้งหมด หรือไม่ ? | |||
| (d) การวิเคราะห์สมการเกือบมาธิเยอ | ตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้สำหรับสมการเกือบเหมือนของมาธิเยอ:
| |||
| (e) สเปกตรัมจุดในแบบจำลองต่อเนื่องเกือบเป็นคาบ | แสดงให้เห็นว่ามีสเปกตรัมจุดบางจุดสำหรับสิ่งที่เหมาะสมและเกือบทั้งหมด | |||
| วันที่ 13 | เลขชี้กำลังวิกฤตสำหรับการเดินที่หลีกเลี่ยงการเดินซ้ำตัวเอง | ให้เป็นการกระจัดเฉลี่ยของการเดินแบบสุ่มที่ไม่ชนกันเองที่มีความยาว จงแสดงว่ามีค่าเท่ากับ สำหรับมิติอย่างน้อยสี่ และจะมีค่ามากกว่าในกรณีอื่น ๆ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| วันที่ 14 | (ก) สร้างQCD | จงอธิบายโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำของควอนตัมโครโมไดนามิกส์ | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
| (b) QFT ที่ปรับค่าปกติได้ | สร้างทฤษฎีสนามควอนตัมที่ไม่ธรรมดาซึ่งสามารถปรับค่าใหม่ได้ แต่ไม่สามารถปรับค่าใหม่ได้เกินระดับปกติ | |||
| (ค) ความไม่สอดคล้องกันของQED | พิสูจน์ว่า QED ไม่ใช่ทฤษฎีที่สอดคล้องกัน | |||
| (d) ความไม่สอดคล้องกันของ | พิสูจน์ว่าทฤษฎีที่ไม่ใช่ทฤษฎีพื้นฐานนั้นไม่มีอยู่จริง | |||
| วันที่ 15 | การเซ็นเซอร์ระดับจักรวาล | จงกำหนดและพิสูจน์หรือหักล้างรูปแบบที่เหมาะสมของการเซ็นเซอร์ในระดับจักรวาล | เปิดให้บริการตั้งแต่ปี 1984 | ? |
ในปี พ.ศ. 2543 ไซมอนอ้างว่าปัญหาห้าข้อที่เขาระบุไว้ได้รับการแก้ไขแล้ว[ 1 ]
รายชื่อปี 2000
ปัญหาของไซมอนตามที่ระบุไว้ในปี พ.ศ. 2543 (พร้อมการจัดหมวดหมู่เดิม) ได้แก่: [ 1 ] [ 14 ]
| เลขที่ | ชื่อย่อ | คำแถลง | สถานะ | ปีที่แก้ไขแล้ว |
|---|---|---|---|---|
| การขนส่งควอนตัมและพฤติกรรมสเปกตรัมที่ผิดปกติ | ||||
| อันดับ 1 | สถานะขยาย | พิสูจน์ว่าแบบจำลองแอนเดอร์สันมีสเปกตรัมต่อเนื่องอย่างสมบูรณ์สำหรับค่าที่เหมาะสมในบางช่วงพลังงาน | ? | ? |
| อันดับที่ 2 | การระบุตำแหน่งใน 2 มิติ | พิสูจน์ว่าสเปกตรัมของแบบจำลองแอนเดอร์สันสำหรับจุดบริสุทธิ์ที่มีความหนาแน่นสูง | ? | ? |
| อันดับ 3 | การแพร่กระจายควอนตัม | พิสูจน์ว่า สำหรับค่า และ ของที่สเปกตรัมมีความต่อเนื่องอย่างสมบูรณ์ จะเติบโตในลักษณะเดียวกับ เมื่อ | ? | ? |
| อันดับที่ 4 | ปัญหาของเทนมาร์ตินี่ | พิสูจน์ว่าสเปกตรัมของเป็นเซตแคนเตอร์ (กล่าวคือ ไม่หนาแน่นที่ใดเลย) สำหรับทุกและ ทุกจำนวนอตรรกยะ | แก้ไขโดย Puig (2003) [ 14 ] [ 15 ] | 2003 |
| อันดับที่ 5 | พิสูจน์ว่าสเปกตรัมของมีค่าเป็นศูนย์สำหรับ และ จำนวนอตรรกยะ ทั้งหมด | แก้ไขโดยAvilaและKrikorian (2003) [ 14 ] [ 16 ] | 2003 | |
| อันดับที่ 6 | พิสูจน์ว่าสเปกตรัมของมีความต่อเนื่องสัมบูรณ์สำหรับ และ จำนวนอตรรกยะ ทั้งหมด | ? | ? | |
| อันดับที่ 7 | มีศักยภาพบน อยู่หรือ ไม่ ที่ทำให้สำหรับบางค่าและ ที่ทำให้มีสเปกตรัมต่อเนื่องเอกลักษณ์บางอย่าง? | ปัญหาดังกล่าวได้รับการแก้ไขโดยพื้นฐานแล้วโดย Denisov (2003) โดยใช้เพียงการสลายตัว เท่านั้น | ปี 2003, 2005 | |
| อันดับที่ 8 | สมมติว่าเป็นฟังก์ชัน บนโดยที่โดยที่จงพิสูจน์ว่ามีสเปกตรัมต่อเนื่องสัมบูรณ์ที่มีความซ้ำซ้อนอนันต์บน | ? | ? | |
| พลังงานคูลอมบ์ | ||||
| อันดับที่ 9 | พิสูจน์ว่ามีค่าจำกัดสำหรับ | ? | ? | |
| อันดับที่ 10 | ลักษณะเชิงอะซิ้มโทติกของสำหรับคืออะไร? | ? | ? | |
| วันที่ 11 | อธิบายแบบจำลองเปลือกนิวเคลียร์ ในเชิงคณิตศาสตร์ให้เข้าใจ ได้ | ? | ? | |
| วันที่ 12 | มีเหตุผลทางคณิตศาสตร์ใดบ้างที่สามารถใช้อธิบายเทคนิคปัจจุบันในการกำหนด โครงสร้าง โมเลกุลจากหลักการพื้นฐานได้หรือไม่? | ? | ? | |
| วันที่ 13 | จงพิสูจน์ว่า เมื่อจำนวนนิวเคลียสเข้าใกล้ค่าอนันต์ สถานะพื้นฐานของระบบโมเลกุลและอิเล็กตรอนที่เป็นกลางบางระบบจะเข้าใกล้ค่าจำกัดแบบคาบ (กล่าวคือผลึกมีอยู่จริงตามหลักการควอนตัม) | ? | ? | |
| ปัญหาอื่นๆ | ||||
| วันที่ 14 | พิสูจน์ว่าความหนาแน่นสถานะแบบบูรณาการมีความต่อเนื่องในพลังงาน | | k(E1 + ΔE) − k(E1) | < ε | ? | |
| วันที่ 15 | สมมติฐานของ Lieb-Thirring | พิสูจน์สมมติฐาน Lieb-Thirring เกี่ยวกับค่าคงที่โดย ที่ | ? | ? |
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- "ปัญหาของไซมอน" . MathWorld . สืบค้นเมื่อ2018-06-13 .