Offene mathematische Fragen, bei denen wir wirklich, wirklich keine Ahnung haben, was die Antwort ist

An offenen Problemen in der Mathematik mangelt es nicht . Während ein formaler Beweis für jede von ihnen schwer fassbar bleibt, arbeiten Mathematiker bei den „Ja/Nein“-Fragen normalerweise nicht in beide Richtungen, sondern haben eher eine ziemlich klare Vorstellung davon, wie die Antwort lauten sollte . Berühmte Vermutungen wie Riemann und Collatz werden durch einige sehr überzeugende Heuristiken unterstützt, die Mathematiker dazu bringen, so stark an ihre Gültigkeit zu glauben, dass sie Artikel schreiben, die auf der Annahme basieren, dass sie wahr sind. Für andere weit offene Probleme wie z P vs. N P , eine Seite ( P = N P in diesem Fall) wird normalerweise als so unwahrscheinlich angesehen, dass fast niemand ernsthaft daran arbeitet. Wann immer eine „Vermutung“ an eine offene Frage angehängt wird, impliziert das natürlich bereits, dass eine Antwort der anderen vorgezogen wird – es wird nicht gemutmaßt A Und ¬ A gleichzeitig.

Gibt es offene mathematische Fragen mit einer Ja/Nein-Antwort, bei denen wir keinen guten Grund haben, das eine oder andere anzunehmen, bei denen wir wirklich absolut keine Ahnung haben, was die wahre Antwort sein könnte?

Vielleicht gibt es unendlich viele Fermat-Primzahlen.
Aus Wikipedia: "Das folgende heuristische Argument legt nahe, dass es nur endlich viele Fermat-Primzahlen gibt ..."
Was er oder nicht ζ ( 3 ) (und ungerade ganzzahlige Zeta-Werte im Allgemeinen) hat einen geschlossenen Formausdruck in Bezug auf grundlegendere fundamentale Konstanten, wie z π oder Protokoll 2 , kommt in den Sinn. Es gibt sehr gute Gründe zu der Annahme, dass dies der Fall ist, sowie sehr gute Gründe zu der Annahme, dass dies nicht der Fall ist. Was auch keinen triftigen Grund für...
@DavidH: Mein Geld ist auf der "nicht"-Seite.
Was ist mit den Werten ausreichend großer Ramsey-Zahlen? Siehe zB das Zitat von Erdős darüber, dass wir besser dran sind zu versuchen, die omniziden Außerirdischen zu vernichten, die es wissen wollen R ( 6 , 6 ) als zu versuchen, es für sie zu berechnen ...
@Micah: Beachten Sie, dass ich speziell nach Ja / Nein-Fragen frage (weil ich an dasselbe Beispiel gedacht habe, als ich die Frage geschrieben habe).
Kommt jede Primzahl in der Euklid-Mullin-Folge vor?
@Micah Gibt es einen guten Grund, das zu glauben? lim N R ( N , N ) 1 / N existiert (oder existiert nicht)? Oder dass die Grenze existiert und gleich ist 2 ?
Dies liegt außerhalb meines Fachwissens, daher werde ich es eher als Kommentar als als Antwort formulieren. Es ist nicht bekannt, ob die Burnside-Gruppe B ( 2 , 5 ) ist endlich. Einige Gruppen B ( M , N ) sind, manche nicht. Ich weiß nicht, ob sich die Experten darüber einig sind B ( 2 , 5 ) . Einige Einzelheiten finden Sie unter www-history.mcs.st-and.ac.uk/HistTopics/Burnside_problem.html
Wenn es nicht bewiesen oder widerlegt wurde, dann kennen wir die Antwort wirklich, wirklich nicht. Es mag ein Übergewicht an Meinungen und Vorurteilen zugunsten der einen oder anderen Seite geben, aber Meinungen sind in der Mathematik irrelevant. Auch die Meinungen der "Experten", deren Fachwissen sich nicht darauf erstreckt, die betreffende Behauptung zu beweisen oder zu widerlegen.
Gibt es einen guten Grund zu der Annahme, dass Frankls Vermutung über gewerkschaftlich geschlossene Familien wahr (oder falsch) ist? Gibt es einen guten Grund zu der Annahme, dass die Vermutung von Vizing über die chromatische Anzahl von Listenkanten (Randauswählbarkeit) von Graphen wahr (oder falsch) ist?
@bof, ich war versucht, Frankls Vermutung vorzuschlagen. Ich denke, der Beweis dafür ist, dass niemand ein Gegenbeispiel gefunden hat, und es wurde bewiesen, dass es keine kleinen Gegenbeispiele gibt, aber wie für B ( 2 , 5 ) , ich weiß nicht, ob sich die Experten einig sind.
@GerryMyerson Und der Beweis dagegen ist, dass niemand einen Beweis gefunden hat. Ich bin kein Experte, aber als ich mich das letzte Mal damit befasste, hatten sie bewiesen, dass es "keine kleinen Gegenbeispiele" gab, nur für einen wirklich kleinen Wert von "klein".
Fürs Protokoll: Knuth sagte kürzlich in einem Interview, dass er P=NP für plausibler halte: informit.com/articles/article.aspx?p=2213858
@ypercube: Das schockiert mich, gelinde gesagt. Hast du einen Hinweis/Link?
@pew Link oben hinzugefügt. Aber er denkt, dass, wenn wir einen Beweis finden, es wahrscheinlich ein existentieller Beweis sein wird, kein tatsächlicher Algorithmus, der in praktischen Anwendungen nützlich ist.

Antworten (23)

In 4 Dimensionen ist es eine offene Frage, ob es exotische glatte Strukturen auf der 4-Sphäre gibt.

In diesem Sinne gibt es eine komplexe Struktur auf S 6 ?
@MikeMiller Wenn dieses Papier richtig ist, math.bme.hu/~etesi/s6-spontan.pdf
Es gibt sehr viele Artikel, die behaupten, das Problem gelöst zu haben (entweder positiv oder negativ), und sehr viele haben sich als fehlerbehaftet erwiesen. Mein Eindruck ist, dass das Problem allgemein noch als offen gilt.
In der Tat ist dies ein großartiges Beispiel. Ich glaube nicht, dass ich von Experten auf diesem Gebiet auch nur raten gehört habe, ob es eine, endlich viele oder unendlich viele exotische Strukturen gibt S 4 .
Scorpan erwähnt, dass es keine kompakten, einfach angeschlossenen, glatten gibt 4 -Mannigfaltigkeiten, von denen bekannt ist , dass sie nur endlich viele glatte Strukturen zulassen.

Ein mehr oder weniger elementares Beispiel, das mir sehr gefällt, ist die Vermutung von Erdő über arithmetische Progressionen , die Folgendes behauptet:

Wenn für einen Satz S N die Summe

S S 1 S
weicht dann ab S enthält beliebig lange arithmetische Folgen.

Ich habe noch nie ein heuristisches Argument auf die eine oder andere Weise gesehen - ich glaube, das bisher stärkste bekannte Ergebnis ist der Satz von Szemerédi , der mehr oder weniger besagt, dass wenn die niedrigere asymptotische Dichte von S positiv ist (d.h. es gibt unendlich viele N so dass | [ 1 , N ] S | > N ε ), dann enthält es beliebig lange arithmetische Folgen. Es gibt auch das Green-Tao-Theorem , das ein Sonderfall der Vermutung ist, da die Primzahlen beliebig lange arithmetische Folgen haben (und die Tatsache tatsächlich auch für eine größere Klasse von Mengen begründen).

Beides deutet jedoch nicht darauf hin, dass das Ergebnis allgemein gültig ist. Es ist verlockend zu glauben, dass es wahr ist, weil es so ein schönes Theorem wäre, aber es gibt nicht viel, was das unterstützt - es ist wirklich unklar, warum die Summe der divergierenden Kehrwerte irgendetwas mit arithmetischen Progressionen zu tun haben sollte. Dennoch gibt es keine offensichtlichen Beispiele dafür, wo es fehlschlägt, also ist es auch schwer, dagegen zu argumentieren.

"... es ist wirklich unklar, warum die Summe der divergierenden Kehrwerte irgendetwas mit arithmetischen Progressionen zu tun haben sollte" scheint zu defätistisch zu sein. Die Intuition ist klar: Wenn eine Sammlung natürlicher Zahlen groß genug ist, kann sie bestimmte Muster nicht vermeiden. Das ist eine der grundlegenden Arten von Lektionen, die Sie in der Ramsey-Theorie lernen, und sowohl das Szemeredi-Theorem als auch das Green-Tao-Theorem sind hervorragende Beispiele für die Arbeit dieser Philosophie. Die Summe der divergierenden Kehrwerte ist ein anständiger Kandidat für "groß genug" - sicherlich hat das Beispiel der Primzahlen Erdos dazu motiviert, das Ergebnis zu vermuten ...
... warum also nicht bei Erdos' Vermutung bleiben? Es ist nicht so, dass er diese Vermutung einfach so aufgeschrieben hat. Menschen vermuten Dinge aus Gründen.
@Qiaochu Was ich meine, ist, dass es eine Reihe von Funktionen gibt, die " S S F ( S ) ist groß impliziert S enthält beliebig lange AP" - das Szemeredi-Theorem liefert eine nicht-triviale F was funktioniert, was für eine Obergrenze ausreicht. Und ja, die Summe der Kehrwerte von Primzahlen divergiert – aber auch die Summe von 1 N Protokoll ( Protokoll ( N ) ) , und meines Wissens haben wir keinen Grund anzunehmen, dass dies eine weniger vernünftige untere Grenze ist 1 N . Was unterscheidet 1 N ist, dass es mehr oder weniger die am langsamsten abnehmende Funktion ist, für die die Aussage gelten könnte ...
...seit Summierung vorbei 1 N 1 ε wird mit ziemlicher Sicherheit Sets geben, die divergierende Summen haben, aber nicht lange genug AP (da die Sets nur brauchen Ö ( X 1 1 ε ) Elemente). So, 1 N bleibt an der Grenze - was bedeutet, dass die Vermutung eine sehr vernünftige Frage ist, da 1 N ist der erste offene Fall, den wir haben. Aber "vernünftige Frage" ist weit entfernt von "die Antwort ist ja"
Die Formulierung mit der Summe war nur eine griffige Formulierung. Wie auch immer, dies ist eine Nicht-Antwort, da es ziemlich gute Gründe gibt, es zu glauben. Der Fall für 3-AP steht in gewisser Weise kurz davor, durch die jüngsten Ergebnisse von Tom Sanders gelöst zu werden.
@quid Wie genau schlagen Sie vor, das Problem ohne die Summe zu definieren? Es fällt mir auf, dass selbst enge asymptotische Ergebnisse die Vermutung möglicherweise nicht begründen - hauptsächlich, weil sie außerhalb des Bereichs jeder Teilmenge von liegen N , diejenigen, die sich gut genug verhalten, um effektiv durch asymptotische Ideen beschrieben zu werden, würden mir ziemlich klein erscheinen - und außerdem können wir, wenn jede zählbare Menge von Funktionen die Dichte einer großen Menge darstellt, eine andere konstruieren, die langsamer wächst als jede andere der anderen - ich sehe nicht, wie asymptotische Ergebnisse damit umgehen können.
Siehe diesen Vortrag von Gowers renyi.hu/conferences/erdos100/slides/gowers.pdf
@quid Aber das deutet darauf hin, dass wir das zeigen können sollten, wenn A ist eine Teilmenge von | { 1 , , N } | ohne AP-3, dann hält es das wahrscheinlich
| A | = Ö ( N Protokoll N ( Protokoll Protokoll N ) 2
aber wir haben keinen Grund zu glauben, dass dies wahr ist - was ist, wenn die Grenze ist Ö ( N Protokoll N Protokoll Protokoll N ( Protokoll Protokoll Protokoll N ) 2 , oder etwas ähnliches? Oder was wäre, wenn wir bekommen können A hinein Ö ( N Protokoll N Protokoll Protokoll N ( Protokoll Protokoll N ) 2 Egal, wie viele Protokolle wir einfügen? Ich nehme an, Sie haben Recht, dass asymptotisch ausreicht, wenn die Grenze locker ist - also ist das Interesse an der Aussage, ob sie hält und fest ist .
Ihr letzter Kommentar scheint unvollständig zu sein. Der Punkt ist, dass die Annahmen für die tatsächlichen Grenzen der Kardinalität so sind, dass die Summe konvergiert. was die eigentlich genauen Asymptotiken sind, ist unbekannt; aber siehe meine Antwort für eine verwandte Sache. Dennoch wird angenommen, dass die Mengen ohne kAP klein genug sind, dass die Summe konvergiert.

Ich glaube, ob die Thompson-Gruppe oder nicht F zugänglich ist, ist eine solche Frage. Die Abhandlung/der Artikel „ WAS ist... Thompsons Gruppe “ erwähnt, dass es auf einer der Gruppe gewidmeten Konferenz eine Umfrage gab, bei der 12 sagten, dass sie es sei und 12 sagten, dass sie es nicht sei. Es gibt tatsächlich Papiere, die (zumindest damals) behaupten, Beweise für beide Seiten zu haben. Hier sind einige Beiträge, um sich ein Bild von der "Kontroverse" zu machen: 1 , 2 , 3 .

Es scheint mir, dass immer dann, wenn jemand die Worte "Thompsons Gruppe" ausspricht (egal welche sie tatsächlich diskutieren!), jemand anderes sie nach der Zugänglichkeit fragen wird F . Ich denke, dieses Problem ist einfach wegen der Anzahl falscher Angriffe darauf so interessant (einschließlich von Justin Moore, der auf dem ICM sprach) und weil diese Angriffe gegenteilige Ergebnisse behaupten.
Akzeptiert, da diese Antwort nicht nur ein offenes Problem aufzeigt, sondern auch Beweise dafür, dass beide Seiten auf der Grundlage des aktuellen Wissensstandes wahr sein könnten.

Hilberts 10. Problem vorbei Q /Mazurs Vermutung. Dies sind zwei offene Probleme, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, und ich denke, Experten sind sich wirklich nicht sicher, welchen Weg sie erraten sollen.

Hilberts 10. Problem vorbei Q Gibt es einen Algorithmus, der bei einer gegebenen Sammlung von Polynomgleichungen mit rationalen Koeffizienten eine rationale Lösung hat?

Das Problem ist offen. Hier sind Heuristiken für jeden Weg. Für "nein".

  • Einzelne diophantische Gleichungen sind wirklich schwierig. Denken Sie daran, wie viele Mathematiker daran gearbeitet haben, dies zu beweisen X N + j N = 1 hat keine Lösungen außer ( 0 , 1 ) Und ( 1 , 0 ) für verschiedene Werte von N . Ist es wirklich plausibel, dass ihre gesamte Arbeit auf die Ausführung eines Algorithmus reduziert werden könnte?

  • Es gibt keinen solchen Algorithmus vorbei Z . ( Matiyasevich-Robinson-Davis-Putnam )

Für „Ja“:

  • Es gibt mächtige Sätze und Vermutungen über diophantische Gleichungen mit endlich vielen Lösungen. Zum Beispiel sagt uns Mordells Vermutung (jetzt Faltings Theorem ) sofort, dass es endlich viele rationale Punkte gibt X N + j N = 1 für irgendetwas gegeben N . Wenn die Bombieri-Lang- Vermutung bewiesen wäre, was nicht unmöglich erscheint, hätten wir viel mächtigere Werkzeuge. Und obwohl endlich nicht gleich Null ist, haben wir eine Menge Werkzeuge entwickelt, um diese endlich vielen Lösungen in vielen Fällen zu finden. Eine Übersicht finden Sie in den Kursnotizen von Bjorn Poonen .

Aber hier ist das wirklich Frustrierende. Angenommen, Sie glauben, dass die Antwort "nein" ist. Dann möchten Sie wahrscheinlich beweisen, dass Sie das Halteproblem als Frage zu diophantischen Gleichungen codieren können (so wurde MDRP bewiesen), oder das Lösen diophantischer Gleichungen über codieren Z in das Lösen diophantischer Gleichungen über Q . Dazu würden Sie vermutlich eine diophantische Gleichung aufschreiben, deren Lösungen wie die Zustände einer universellen Turing-Maschine aussehen oder aussehen Z . In jedem Fall hätte es wahrscheinlich unendlich viele Lösungen, die diskret verteilt sind. Und damit läuft Sie hinein

Mazurs Vermutung Gegeben ist eine beliebige Sammlung von Polynomgleichungen Q In N -Variablen, lassen X ( Q ) sei die Menge ihrer Lösungen und sei X ( Q ) ¯ sei der topologische Abschluss von X ( Q ) In R N . Dann X ( Q ) ¯ hat endlich viele Zusammenhangskomponenten.

Die allgemeine Schwierigkeit diophantischer Gleichungen führt also zu der Annahme, dass das Problem unlösbar ist, aber Mazurs Vermutung blockiert den plausibelsten Weg, um zu beweisen, dass es unlösbar ist. Natürlich kann man sich vorstellen, dass diophantische Gleichungen vorbei sind Q sind unlösbar, und doch können sie keine Turing-Maschine codieren. Ich denke, es ist unklar, ob die meisten unlösbaren Probleme unlösbar sind, weil sie dem Halteproblem entsprechen, oder ob dies (im Wesentlichen) die einzige Art von Problem ist, von der wir wissen, dass sie unlösbar ist.

Das ist wirklich überzeugend! +1
„Ist es wirklich plausibel, dass ihre gesamte Arbeit darauf reduziert werden könnte, einen Algorithmus auszuführen?“ Da schließlich ein Beweis gefunden wurde, wäre er von einem Algorithmus gefunden worden, der alle möglichen Beweise versucht und überprüft hat, richtig?
„Ich denke, es ist unklar, ob die meisten unlösbaren Probleme unlösbar sind, weil sie dem Halteproblem entsprechen, oder ob dies (im Wesentlichen) die einzige Art von Problem ist, von der wir wissen, dass sie unlösbar ist.“ - Soweit ich weiß, können Sie beweisen, dass die Busy Beaver-Funktion nicht berechenbar ist, ohne das Halteproblem zu verwenden, aber ich könnte mich irren, und ich weiß, dass es Beweise gibt, die sie verwenden.
@Kevin Ich weiß tatsächlich eine Menge darüber. Ich hinterlasse einen Kommentar, damit ich diesen Thread später finden kann, wenn ich Zeit habe, etwas einzutippen.
Ich vergesse, ob es alle, einige oder nur einige sind, aber ich erinnere mich, dass unlösbare Probleme durchaus auch die quälende Eigenschaft haben können, dass selbst ihre Unlösbarkeit nicht bewiesen werden kann.
Beachten Sie, dass es Probleme geben kann, die nicht berechenbar sind, aber für die ein Orakel die Lösung des Halteproblems nicht zulässt; als einfaches Beispiel das Entscheidungsproblem für eine zufällige Teilmenge von N ist so einer. Weitere Einzelheiten finden Sie unter en.wikipedia.org/wiki/Turing_degree .

In der Theorie dynamischer Systeme sind Probleme mit Grenzzyklen generell immer sehr schwierig. Der zweite Teil von Hilberts sechzehnter Aufgabe ist mein persönlicher „Favorit“. Die obere Grenze für die Anzahl der Grenzzyklen planarer Polynom-Vektorfelder des Grades N bleibt für alle ungelöst N > 1 . Beispielsweise können quadratische ebene Vektorfelder ( N = 2 ) mehr als vier Grenzzyklen haben? Es kann extrem schwierig sein, ein quadratisches System mit fünf Grenzzyklen zu finden, aber wir haben wirklich absolut keine Ahnung. In den 1950er Jahren behaupteten Mathematiker, quadratische Systeme hätten maximal drei Grenzzyklen und ließen mehrere andere Mathematiker konform gehen, aber es wurde als falsch gezeigt, als ein quadratisches System mit vier Grenzzyklen gefunden wurde. Einzelheiten finden Sie in diesem Artikel .

Soweit ich das beurteilen kann, ist weder die Existenz noch die Nichtexistenz des Moore-Graphen von Grad 57 und Durchmesser 2 stark belegt. Der größte Teil der bisherigen Arbeit zu diesem Thema dreht sich um die verschiedenen Eigenschaften, die ein solcher Graph (sollte er existieren) haben muss oder nicht haben muss, aber keine davon scheint einen starken Hinweis darauf zu geben, sich in die eine oder andere Richtung zu neigen. Außerdem scheinen die Befragten einer Umfrage zu diesem Blogbeitrag aus dem Jahr 2009 ziemlich gleichmäßig gespalten zu sein.

Die glatte Poincare-Vermutung in Dimension 4 wurde bereits erwähnt, also erwähne ich das glatte Schönflies-Problem in dieser Dimension. Die Frage ist, ob es einen Diffeomorphismus von gibt S 4 Nehmen Sie eine reibungslos eingebettete Kopie von S 3 In S 4 zum Standardäquatorial S 3 S 4 . Dies gilt in allen anderen Dimensionen, aber 4 ist eine so ungewöhnliche Dimension, dass es schwierig ist, darüber zu spekulieren, wie die Antwort in diesem Fall lautet.

Aus zahlentheoretischer Sicht gibt es einige berühmte Probleme im Zusammenhang mit Reihen elliptischer Kurven, auf deren Lösung ein Großteil der modernen Forschung in diesem Bereich ausgerichtet ist. Zum Beispiel erhielt Manjul Bhargava vor kurzem die Fields-Medaille, zum Teil für seine Arbeit über die Begrenzung durchschnittlicher Ränge elliptischer Kurven (und den Beweis, dass die Vermutung von Birch und Swinnerton Dyer für ständig steigende Prozentsätze elliptischer Kurven gilt).

Um einige der Ergebnisse zu beschreiben: eine elliptische Kurve vorbei Q ist eine rationale glatte projektive Kurve der Gattung 1 mit einem rationalen Punkt oder, weniger beängstigend ausgedrückt, die Menge von Lösungen für eine Gleichung, die aussieht wie

E ( Q ) = { ( X , j ) Q 2 : j 2 = X 3 + A X + B }
Wo A , B Q . Es ist eine Tatsache, dass jede solche Menge eine endlich erzeugte abelsche Gruppe bildet, also ist nach dem Struktursatz für solche Objekte die Gruppe der rationalen Punkte
E ( Q ) Z R + Δ ,
Wo Δ ist eine endliche Gruppe. Jetzt haben wir vollständige Beschreibungen dessen, was diese Gruppe ist Δ sein kann - ein Satz von Mazur beschränkt es auf eine kleine endliche Liste von endlichen Gruppen mit einer Größe von weniger als 12. Die Werte von jedoch R sind viel geheimnisvoller. Wir definieren den Rang von E dies zu sein R = R ( E ) .

Nun, wir wissen ziemlich viel darüber R - zum Beispiel ist in "100%" der Fälle der Rang 0 oder 1 (wobei hier "100%" im probablistischen Sinne verwendet wird, nicht um zu bedeuten, dass jede elliptische Kurve einen Rang hat 0 oder 1 !). Es gibt auch die Birch and Swinnerton Dyer Conjecture (BSD) , die eines der sehr offenen Probleme ist, von denen Sie erwähnen, dass niemand eine Ahnung hat, wie man sie beweist, aber an die die meisten Menschen glauben. Es bezieht den Rang der elliptischen Kurve auf die Reihenfolge ihres Verschwindens L -Funktion bei 1. Die vielleicht stärkste Heuristik dafür ist, dass sie in bestimmten Spezialfällen sowie in Bhargavas Arbeit bewiesen wurde. Ein Großteil der modernen zahlentheoretischen Forschung geht in Richtung BSD, und es ist eines der berühmten Millenium-Probleme.

Womit wir jedoch nicht viel Intuition haben, ist:

Frage: Sind die Reihen der elliptischen Kurven zu Ende? Q begrenzt? Das heißt, gibt es einige R so dass für jede elliptische Kurve E / Q , wir haben R ( E ) R ?

Seit letztem Jahr war es sehr offen – es gab lose Heuristiken in beide Richtungen. Der größte Rang, den wir bisher gefunden haben, ist eine Kurve mit Rang mindestens 28, die Elkies zu verdanken ist, die seit langem der Rekordhalter ist. Wie ich bereits erwähnt habe, hat Bhargava bewiesen, dass der durchschnittliche Rang von mindestens 1,5 begrenzt ist, und dies war genug, um eine Fields-Medaille zu gewinnen.

Trotzdem denke ich, dass es in letzter Zeit einige Aufregung mit einigen stärkeren Heuristiken gegeben hat, die dazu neigen, den Rang zu begrenzen. Ich weiß nicht genug über diese Heuristiken, um sie weiter zu kommentieren, aber hier gibt es weitere Informationen: http://quomodocumque.wordpress.com/2014/07/20/are-ranks-bounded/

Gibt es hier eine Verbindung zu ECC? (Mit anderen Worten, gibt es irgendwelche Auswirkungen auf elliptische Kurven über F Q ?)
Kurze Antwort: Ich bin mir nicht sicher. Längere Antwort: Ich habe in meiner Abteilungsgruppensitzung gefragt, ob sich daraus irgendwelche Ergebnisse ergeben könnten, und der Konsens schien nicht; Es ist das Ergebnis einer eigenständigeren Natur, und eine eindeutige Antwort würde unser Verständnis mit den derzeitigen Methoden nicht so sehr fördern! Da niemand weiß, wie die Antwort lauten könnte, ist es unwahrscheinlich, dass irgendwelche Arbeiten durchgeführt wurden, wenn man davon ausgeht, dass die Ränge begrenzt (oder unbegrenzt) sind, so dass es schwierig sein könnte, zu sagen, was aus einem Beweis so oder so führen könnte.

Ein leicht verständliches offenes Problem betrifft das erste Gegenbeispiel zu Eulers Potenzsummen-Vermutung :

F : Stimmt X 1 5 + X 2 5 + X 3 5 + X 4 5 + X 5 5 = 0 unendlich viele primitive ganzzahlige Lösungen ungleich Null haben?

( Primitiv ist das X ich haben keinen gemeinsamen Faktor.) Bisher sind nur drei bekannt und niemand hat ein gutes heuristisches Argument dafür geliefert, dass die Liste endlich ist oder dass es unendlich viele gibt. Es gibt interessante kongruente Beschränkungen für die X ich .

Allgemeiner,

F : Für ungerade k > 3 , tut X 1 k + X 2 k + + X k k = 0 unendlich viele primitive ganzzahlige Lösungen ungleich Null haben?

Ich glaube nicht, dass irgendjemand eine klare Vorstellung davon hat, ob es klassische Lösungen für die Navier-Stokes-Gleichung gibt. http://www.claymath.org/millenium-problems/navier%E2%80%93stokes-equation

Die meisten Versuche konzentrierten sich darauf, zu beweisen, dass es wahr ist. Leray machte jedoch einen Vorschlag, um nach einem Gegenbeispiel zu suchen. Später wurde gezeigt, dass sein vorgeschlagenes Gegenbeispiel niemals funktionieren würde: J. Nečas, M. Růžička und V. Šverák, On Leray's self-similar solutions of the Navier-Stokes equations, Acta Mathematica, 1996, Volume 176, Issue 2, S 283-294. Die Tatsache, dass Gegenbeispiele vorgeschlagen wurden, legt jedoch nahe, dass es vernünftig ist, anzunehmen, dass die Vermutung falsch ist.

Meine (naive, fachfremde) Sichtweise. Wie ich weiß, werden NS-Gleichungen aus einer falschen Hypothese abgeleitet : dass die Flüssigkeit ein Kontinuumsmedium ist. Ist es wirklich vernünftig, in jedem Fall physikalisch realistische Lösungen zu erwarten? Analoges Beispiel: Singularitäten in der klassischen Gravitation.
Ich denke, es gibt keinen zwingenden Grund, warum NS realistische Situationen modellieren sollte. Aber ich habe von jemandem gehört, der experimentelle und numerische Vergleiche durchgeführt hat, dass es überraschend gut funktioniert, selbst wenn es eine enorme Menge an Turbulenzen gibt. (Er betrachtete den Luftstrom über Autos und fand seltsame Phänomene, die sowohl in den Experimenten als auch in der Numerik auftraten.)
Wenn sich die Regelmäßigkeit der NS als wahr herausstellt, würde dies meiner Meinung nach stark darauf hindeuten, dass die Kontinuumshypothese eine gültige Annäherung an die Partikel der Flüssigkeit ist, die sehr klein sind.

Ich denke, eine angemessene Antwort auf diese Frage sind Beispiele für Fragen, bei denen numerische Beweise äußerst schwierig zu erhalten sind. So wissen wir zum Beispiel nichts Interessantes über die Collatz-Vermutung, aber zumindest wissen wir, dass sie für eine große Anzahl von Fällen zutrifft.

Betrachten Sie als Beispiel für etwas, das wir überhaupt nicht wissen S N die symmetrische Gruppe, und definieren S ich die angrenzende Transposition sein ( ich , ich + 1 ) . Dann für eine Permutation π S N , definiert eine reduzierte Zerlegung von π ein minimales Längenprodukt von Transpositionen zu sein, das Ihnen gibt π . Zum Beispiel wenn π = 4321 Dann w = S 1 S 2 S 1 S 3 S 2 S 1 ist eine reduzierte Zerlegung von π .

Es ist leicht zu sehen, dass die minimale Länge der reduzierten Zerlegung die Anzahl der Inversionen ist π . Andererseits stellt sich die Frage, wie viele verschiedene reduzierte Zerlegungen es gibt R ( π ) es gibt von π ist eine lächerlich komplizierte Frage. Wir kennen die Antwort für Permutationen, die bestimmte (fehlende) Muster aufweisen, wie z. B. vexelläre Permutationen, insbesondere die umgekehrte Permutation ( N , N 1 , , 1 ) , was hat F N reduzierte Zersetzungen, wo F N ist die Anzahl der treppenförmigen Young-Formtableaus ( N 1 , N 2 , , 1 ) . Für jede andere nicht-triviale Permutation ist im Wesentlichen nichts bekannt. Für N = 7 , übersteigt die Anzahl der reduzierten Zerlegungen für die umgekehrte Permutation die Anzahl der Atome im bekannten Universum. Eine ähnliche Schwierigkeit ergibt sich für so ziemlich jede nicht-triviale Permutation. Man kann nicht einmal eine Größenordnungsschätzung erhalten.

Machen Sie alle kompakten glatten Verteiler der Dimension 5 Einstein-Metriken zugeben ?

(Eine Einstein-Metrik ist eine Riemannsche Metrik mit konstanter Ricci-Krümmung.)

Eine Liste grundlegender offener Probleme in der Differentialgeometrie und der geometrischen Analyse findet sich am Ende von Yaus hervorragender Übersicht Review of Geometry and Analysis . Es wurde im Jahr 2000 geschrieben, ist also sehr aktuell.

Abgesehen davon: Einige Probleme, die nicht in die Rechnung passen (da es auf die eine oder andere Weise Beweise gibt oder ich die gleichen Vermutungen höre), aber trotzdem interessant sind, sind:

  • Lässt die 6er-Sphäre eine integrierbare, fast komplexe Struktur zu?

  • Hopf-Vermutung : Stimmt S 2 × S 2 eine Metrik mit positiver Schnittkrümmung zulassen?

  • Chern-Vermutung : Hat jede kompakte affine Mannigfaltigkeit verschwindende Euler-Charakteristik?

Was sind die Vermutungen/Beweise für Ihre letzten drei? Vermutungen habe ich so oder so noch nicht gehört.
@MikeMiller: (1) Jede fast komplexe Struktur an S 6 müsste sowohl mit der Standardmetrik ( LeBrun ) als auch mit der Standardsymplektischen Struktur ( Bryant-Chern ) inkompatibel sein. (3) Die Chern-Vermutung gilt für vollständige affine Mannigfaltigkeiten. (2) Ich erinnere mich, dass ich an einem Punkt (von ein paar Experten) dieselben Vermutungen für die Hopf-Vermutung gehört habe, aber ich erinnere mich ehrlich gesagt nicht daran und werde selbst keine wagen.

Gibt es eine endlich präsentierte , unendliche Torsionsgruppe?

Eine Torsionsgruppe ist eine Gruppe, in der jedes Element eine endliche Ordnung hat. Burnsides Problem (1902) fragte, ob es eine endlich erzeugte , unendliche Torsionsgruppe gibt. Eine solche Gruppe unbegrenzter Exponenten wurde 1964 von Golod und Shafarevich konstruiert, während Novikov und Adian dies 1968 für begrenzte Exponenten taten. Ol'shanskii konstruierte endlich erzeugte unendliche Gruppen, deren alle echten, nicht trivialen Untergruppen zyklisch der Ordnung a sind feste Primzahl P ("Tarski-Monster"-Gruppen). Alle diese Beispiele sind jedoch endlich erzeugt, aber nicht endlich darstellbar . Die Frage, ob es ein endlich präsentiertes Beispiel gibt, ist noch weit offen. Anscheinend gab Rips eine mögliche Methode zum Aufbau einer solchen Gruppe an, aber Ol'shanskii und Sapir drehten vergeblich an seinem Griff ( Referenz ).

Erwähnenswert ist, dass Efim Zelmanov für ein verwandtes Problem, das so genannte eingeschränkte Burnside-Problem , mit einer Fields-Medaille ausgezeichnet wurde .

Ich hatte den Eindruck, dass die meisten denken, dass es eine solche Gruppe geben sollte, nur dass wir mit der aktuellen Technologie nicht viel Ahnung haben, um eine solche Gruppe aufzubauen (oder tatsächlich die Ideen umzusetzen, die eine solche Gruppe aufbauen könnten). . Gibt es Gruppentheoretiker, die ernsthaft glauben, dass es keine solche Gruppe gibt, oder gibt es Gründe zu der Annahme, dass es keine gibt? Sind ihre Meinungen für den Fall des begrenzten und des unbegrenzten Exponenten gleich?
Mein Eindruck, wie der von @PaulPlummer, war, dass allgemein angenommen wird, dass eine solche Gruppe existiert; Wir wissen nur nicht, wie man einen konstruiert, und die Methoden, die wir haben, sind ziemlich heikel und kompliziert. (Ich erinnere mich an einen solchen Existenzbeweis aus einem Seminar, bei dem eine Wäscheliste mit über hundert Immobilien überprüft wurde.)
@PaulPlummer Wenn ich mich richtig erinnere, basierte mein Standpunkt auf dem Satz "Anscheinend gab Rips eine mögliche Methode zum Erstellen einer solchen Gruppe, aber Ol'shanskii und Sapir drehten seinen Griff ohne Erfolg" und dem zugehörigen Link. Der Link bestätigt Ihren Eindruck, dass "die meisten denken, dass es eine solche Gruppe geben sollte", und gibt eine "allgemeine Idee" für den Aufbau einer solchen Gruppe. Aus der Erinnerung heraus haben Ol'shanskii und Sapir zwischen diesem Post (2011) und meinem Post (2014) diese Idee "funktioniert", aber wie der Satz zeigt, war sie nicht gut genug. Meine Daten können jedoch falsch sein (ich habe das Papier nicht verlinkt).
Ich habe schnell nach der Arbeit von Ol'shanskii und Sapir gesucht, und es scheint, dass sie seit 2006 keine gemeinsame Arbeit mehr geschrieben haben Quelle . Also ... ich bin mir nicht ganz sicher, was ich mir dabei gedacht habe. Verzeihung.

Die Existenz projektiver endlicher Ebenen . Alle bekannten Beispiele haben Ordnungsprimärkraft. Zitieren:

Die Existenz endlicher projektiver Ebenen anderer Ordnungen ist eine offene Frage. Die einzige allgemeine Einschränkung, die für die Reihenfolge bekannt ist, ist das Bruck-Ryser-Chowla-Theorem, dass, wenn die Reihenfolge N ist kongruent zu 1 oder 2 Mod 4, es muss die Summe zweier Quadrate sein. Dies scheidet aus N = 6 . Der nächste Fall N = 10 wurde durch massive Computerberechnungen ausgeschlossen. Mehr ist nicht bekannt; insbesondere die Frage, ob es eine endliche projektive Ordnungsebene gibt N = 12 ist noch offen.
Dies ist ein wirklich cooles Problem, aber ich bin mir nicht sicher, ob es zutrifft. Denken die meisten Leute nicht, dass sich das als falsch herausstellen wird? (dh dass alle projektiven Ebenen eine Primzahlordnung haben?)
@AlexanderGruber, gibt es ein heuristisches Argument, das die Vermutung begünstigt?
@AlexanderGruber: Ich habe noch nie ein überzeugendes heuristisches Argument für oder gegen die Existenz von projektiven Ebenen der Nicht-Primärleistungsordnung gehört. Vielleicht ist die Intuition dagegen ähnlich wie in Chris Godsils Antwort auf eine Frage, die ich einmal zu Doppeldeckern gestellt habe , bei denen es sich um symmetrische Konstruktionen handelt λ = 2 (Projektive Ebenen sind λ = 1 ).
Es gibt eine verwandte Vermutung über projektive Ebenen. Desarguessche Ebenen sind diejenigen, in denen der Satz von Desargues gilt, die durch Identifizieren von Punkten mit Linien durch den Ursprung in einem dreidimensionalen Raum über einem endlichen Feld abgeleitet werden. Für jede Primzahlordnung ist die einzige derzeit bekannte Ebene die desarguesische Ebene, und es gibt eine Vermutung, dass dies die einzige ist, die existiert. In anderen Hauptmachtordnungen sind viele nicht-desarguesische Flugzeuge bekannt. Wenn die nicht-desarguesische Ebene irgendwie Deformationen der desarguesischen sind, und wenn eine solche Deformation in Prime nicht möglich ist ...
... Ordnung, das würde erklären, was bisher bekannt ist, aber ich habe noch nie ein Argument in dieser Richtung gehört. Aus einem anderen Blickwinkel könnte man die Existenz von nicht-desarguesischen Flugzeugen als Grund nehmen, optimistisch über die Existenz von Flugzeugen in Nicht-Hauptmachtordnungen zu sein.

Der erste Beweis, den viele Menschen lernen, ist, dass es unendlich viele Primzahlen gibt. (Wenn nicht das erste, dann ist es oft das zweite 2 ist irrational).

Eine natürliche Verallgemeinerung davon wurde von Dirichlet in Betracht gezogen, der zeigte, dass die arithmetische Progression so lange dauert A , A + D , A + 2 D , A + 3 D , . . . keinen trivialen Grund dafür hat, nicht viele Primzahlen zu haben, dann enthält sie tatsächlich unendlich viele Primzahlen. Dies ist als Satz von Dirichlet über Primzahlen in arithmetischen Progressionen bekannt . Wenn es unendlich viele Primzahlen gibt, ist bemerkenswerterweise auch bekannt, dass die Folge asymptotisch ist 1 / φ ( D ) aller Primzahlen, wo φ ( D ) ist die Anzahl der Zahlen bis zu D die relativ prim sind D . Mit anderen Worten, jede nichttriviale arithmetische Folge hat genau den gleichen Prozentsatz an Primzahlen, eine Art Gleichverteilungssatz.

Die nächste natürliche Verallgemeinerung besteht darin, höhere Polynome wie quadratische Polynome zu betrachten. (Nennen Sie für den Moment ein Polynom quadratisch, wenn es die Form hat A X 2 + B X + C mit A 0 ). Stimmt das Analoge? Können wir die Verteilung vorhersagen? Tatsächlich haben wir kein einziges quadratisches Polynom gefunden, das unendlich viele Primzahlen hat (und auch kein Polynom vom Grad > 1). Es ist uns noch nicht einmal gelungen, das zu zeigen X 2 + 1 nimmt unendlich viele Primzahlen, und wir haben auch keine Ahnung wie.

Wenn man etwas tiefer geht, ist es möglich, Dichten mit der Kreismethode oder ihren Varianten zu vermuten, sogar für Polynome höheren Grades. Aber wir haben keine Ahnung, wie wir sie beweisen können.

Kurz gesagt, ist X 2 + 1 prime unendlich oft?

Gibt es jemanden, der wirklich glaubt, dass es nicht unendlich oft prim ist? Wie Sie sagten, gibt es vernünftige Vermutungen, die auf bekannten zahlentheoretischen Techniken basieren - dies scheint der Definition von OP von "überzeugender Heuristik" zu entsprechen.
Beachten Sie auch, dass die von uns gesammelten Rechendaten wunderbar mit der heuristischen Vorhersage übereinstimmen. Ich denke also, wir haben sehr guten Grund, diese Vermutung zu glauben.
Dies ist ein Spezialfall der folgenden Vermutung: Let P ( X ) sei ein Polynom mit ganzzahligen Koeffizienten. Dann ist es unendlich oft Primzahl, es sei denn, es hat einen dummen Grund, es nicht zu sein. ("Dumme Gründe": P ist reduzierbar; die Koeffizienten sind nicht teilerfremd; usw.) Diese allgemeine Vermutung könnte ein besseres Beispiel dafür sein, wonach OP sucht.
Ich würde denken, dass die meisten Zahlentheoretiker sehr überrascht wären, wenn dies nicht unendlich oft prim wäre.

Existenz eines rechteckigen Quaders mit allen Kanten, den Diagonalen aller Flächen und der Hauptdiagonalen, die ganze Zahlen sind.

Machbarkeit der Neuformulierung der gesamten Mathematik in nur wohldefinierten ultrafinitistischen Begriffen

Aus physikalischer Sicht ist die Art und Weise, wie Mathematik verwendet wird, seltsam. Nach dem Church-Turing-Deutsch-Prinzip haben alle physikalischen Prozesse (quanten-)berechenbare Beschreibungen, aber die Art und Weise, wie wir Mathematik betreiben, ruft nicht-berechenbare Konzepte wie die unzählbaren Realzahlen auf. Was passiert, wenn wir Mathematik in der Praxis anwenden, ist, dass die Unberechenbarkeit jeglicher Konzepte immer in den Zwischenteilen verborgen bleibt, sie werden niemals in den Endergebnissen auftauchen.

Dies deutet darauf hin, dass Sie sich nicht erst auf unberechenbare Konzepte berufen müssen, aber bisher haben die Befürworter des Ultrafinitismus nicht viele Fortschritte erzielt.

Das Problem des asymptotischen Verhaltens der maximalen Kardinalität einer Kappe setzt ein Z / 3 Z R als R bis unendlich ergibt sich folgende offene Ja/Nein-Frage.

Ein Cap-Set ist hier ein Set ohne drei Punkte auf einer affinen Linie. Dies ist gleichbedeutend mit der Existenz von X , j , z so dass X + j + z = 0 , oder die Existenz einer arithmetischen Progression mit 3 Termen (siehe eine verwandte Antwort).

Setzt sich die maximale Kardinalität einer Obergrenze ein Z / 3 Z R A Ö ( ( 3 δ ) R ) für einige δ > 0 ?

Siehe einen Blogbeitrag von Terry Tao von vor ein paar Jahren, in dem er eine Meinung zu der Angelegenheit äußert, aber auch den Widerspruch eines guten Freundes von ihm anerkennt.

Mittlerweile ist das eigentlich bekannt. Die Antwort ist ja"

Es gibt ein "natürliches" Axiom, das zu ZFC hinzugefügt wird, entscheidet CH? Interessante Diskussion in Introduction to Set Theory, Third Edition, Revised and Expanded .

Was ist CH? (zusätzliche Zeichen für Kommentarlänge hinzugefügt)
@DanielV, Kontinuumshypothese.

Die Higman-Vermutung betrifft die Anzahl der Konjugationsklassen von U T N ( F Q ) , die Gruppe unipotenter oberer Dreiecksmatrizen mit Einträgen in einem endlichen Körper mit Q Elemente. Die Vermutung ist die für ein festes N die Anzahl der Konjugationsklassen von U T N ( F Q ) ist durch ein Polynom in gegeben Q . Dies hat sich bis jetzt bewährt N = 13 , aber darüber hinaus ist es unbekannt. Die Schwierigkeit könnte damit zusammenhängen U T N ( F Q ) hat einen wilden Darstellungstyp. Ich kenne eine Reihe gescheiterter Beweisversuche, und es scheint, dass die meisten Leute, die über diese Vermutung nachdenken, glauben, dass sie wahr ist. Gleichzeitig gibt es eine Sammlung von Untergruppen von U T N ( F Q ) , bekannt als "Mustergruppen", für die eine analoge Vermutung als falsch bekannt ist.

Kaplanskys Nullteiler-Vermutung


Lassen K ein Feld sein und G eine torsionsfreie Gruppe, dann ist der Gruppenring K G eine Domäne?

Alle bisherigen Untersuchungen waren positiv. Dieses Problem wurde in dem Buch " The algebraic structure of group rings" von D. Passman behandelt.

Es ist eines der schwierigsten und am wenigsten zugänglichen Probleme auf dem gesamten Gebiet der Algebra.

Das letzte, was ich weiß, ist, dass es für torsionsfrei lösbare Gruppen bewiesen wurde. Es ist noch ein langer Weg.

Eine weitere natürliche Frage danach (wenn das obige zutrifft) ist, ob wir ersetzen K von jeder Domäne D , sagen Z

Was ist die Antwort auf das Problem, für das Grahams Zahl eine obere Schranke ist?

Wikipedia zur Definition zitieren :

Verbinden Sie jedes Paar geometrischer Eckpunkte eines n-dimensionalen Hyperwürfels, um einen vollständigen Graphen mit 2n Eckpunkten zu erhalten. Färben Sie jede der Kanten dieses Diagramms entweder rot oder blau. Was ist der kleinste Wert von n, für den jede solche Färbung mindestens einen einfarbigen vollständigen Teilgraphen auf vier koplanaren Ecken enthält?

Hier sind einige Details darüber, warum es völlig unbekannt ist:

  • Graham und Rotschild haben das bewiesen 6 N F ( F ( F ( F ( F ( F ( F ( 12 ) ) ) ) ) ) ) , Wo F ( X ) = 2 X 3 Und bezeichnet eine Aufwärtspfeilnotation.

  • Derzeit ist die bekannteste Bindung: 13 N < 2 ↑↑↑ 6 .

  • Mathematiker dachten, dass die Antwort lautete 6 , bis zur Untergrenze von 11 wurde bewiesen. Jetzt haben viele keine Ahnung, wo sie zu erwarten sind N .

Ich denke nicht, dass dieses Problem ein gutes Beispiel ist. Es gibt unzählige kombinatorische Probleme, für die bekannt ist, dass es eine Schranke gibt, für die jedoch die beste Schranke nicht bekannt ist. Der Geist dieses Beitrags besteht vielmehr darin, ein offenes Problem mit einer Ja- oder Nein-Antwort zu benennen, für das die richtige Vermutung unklar ist, oder schlimmer noch, es gibt unterstützende Beweise auf beiden Seiten.

Wir haben wirklich, wirklich keine Ahnung, ob die Jacobi-Vermutung wahr ist.