Szegedi matematikusok kapták a Moore-díjat

Facebook
Nyomtatás

A Moore-díjat Ramon Moore amerikai matematikus tiszteletére alapították, aki 1962-es disszertációjában megalapozta az intervallum-aritmetika modern elméletét, majd évtizedeken át meghatározó kutatója volt a témának. A díjat 2002-ben alapították és kétévente ítéli oda a Reliable Computing című tudományos folyóirat szerkesztőbizottsága a megbízható számítások területén elért kiemelkedő eredményért. Lorenz Az első díjazott Warwick Tucker volt, aki precíz bizonyítást adott a kaotikus dinamika nevezetes mintapéldánya, a híres Lorenz-attraktor létezésére, mintegy negyven évvel azután, hogy numerikus szimulációk segítségével felfedezték ezt az alakzatot.

2016-ban először kapták magyar kutatók ezt a díjat: Bánhelyi Balázs, Csendes Tibor és Krisztin Tibor szegedi egyetemi oktatók bécsi kollégájukkal, Arnold Neumaierrel közös munkájukban (ami a SIAM Journal on Applied Dynamical Systems című vezető folyóiratban jelent meg: http://epubs.siam.org/doi/abs/10.1137/120904226) áttörést értek el a hatvan éves Wright-sejtés igazolásában. A díjat idén ősszel vehették át a svédországi Uppsalában egy neves konferencián.

Wright
E. M. Wright

Sir Edward Maitland Wright (1906 – 2005) angol matematikus a számelmélet nagymestere volt, legismertebb munkája a Hardy–Wright-féle Bevezetés a számelméletbe könyv. A negyvenes években sok matematikust izgatott a prímszámtétel elemi bizonyításának keresése: bár Hadamard és de la Vallé-Poussin francia matematikusok már 1896-ben megmutatták, hogy \(\pi(n)\), ami a prímszámok számát jelenti \(n\)-ig, aszimptotikusan \(n/\log(n)\) (vagyis a hányadosuk egyhez tart amint \(n\) tart végtelenbe), a bizonyításuk a komplex analízis és a Riemann-féle zéta-függvény eszközein alapult, és nem volt nyilvánvaló kapcsolata a prímszámok hétköznapi értelemben ismert tulajdonságaival. Később Erdős és Selberg adtak elemi bizonyítást 1949-ben, de addig is az egyik biztató elképzelés egy valószínűségszámítási megközelítés volt. Lord Cherwell felvetését követve Wright feltételezte a prímszámok eloszlásának bizonyos véletlenszerű tulajdonságát (innentől a precíz bizonyításról átlépünk a heurisztika birodalmába), és levezette, hogy ekkor a prímszámtétel éppen azt jelentené, hogy az \(u’(t) = –\alpha u(t–1)[1+u(t)]\) differenciálegyenlet \(-1\)-nél nagyobb megoldásai mind nullához konvergálnak az \(\alpha = \log(2)\) esetben. Wrightnak annyira megtetszett ez a differenciálegyenlet, hogy számelmélész létére egy egész cikksorozatot szentelt neki, amiben 1946 és 1960 között számos érdekes tulajdonságot bebizonyított az egyenlet viselkedéséről. Ezek közül a legnevezetesebb a \(3/2\) stabilitási tétel, ami a megoldások nullához konvergálását bizonyítja, amikor az \(\alpha\) paraméter \(0\) és \(3/2\) közé esik. Wright azt is írja, hogy a módszerét tovább folytatva \(\alpha \leq 37/24\) is elérhető, és esetleg még \(\alpha < 1{,}567\) is. Azt is tudjuk, hogy \(\alpha = \pi/2\)-ben a nulla megoldás elveszti a stabilitását (úgynevezett bifurkáció történik), és periodikusan oszcillálló megoldások léteznek minden \(\alpha >\pi/2\) esetén. Ott van azonban egy kicsi rés még az \(1{,}567\) és a \(\pi/2= 1{,}570796\dots\); között! A híres 1955-ös Wright-sejtés azt mondja ki, hogy az összes megoldás nullához konvergál. Bár maga az egyenlet látszólag egyszerű, a késleltetéses \(u(t–1)\) tényező valamint a nemlinearitás miatt a sejtés eddig mindenkin kifogott, annak ellenére hogy az ilyen differenciálegyenletekkel foglalkozó kutatók mindegyike előtt nagyon jól ismert a probléma. A 80-as években még hibás bizonyítások is napvilágot láttak. Érdekesség, hogy ugyanennek a késleltetéses differenciálegyenletnek egy ekvivalens alakját Hutchinson is bevezette 1948-ban, amikor a klasszikus logisztikus egyenletet akarta kiterjeszteni, hogy azzal a populációk oszcilláló viselkedését is meg tudja magyarázni.

A szegedi matematikusok munkája igazolja Wright-sejtését egészen \(\alpha=1{,}5706\) értékig, analitikus és megbízható numerikus módszerek teljesen újszerű kombinálásával. A megoldást hozó elméleti és számítógépes módszerek kialakítása hosszú időt vett igénybe, és mindkét fél aktív és érdemi munkáját igényelte. A két szakterület szemléletmódbeli eltérésének áthidalása is komoly mennyiségű és amúgy szokatlan munkát igényelt – ami talán magyarázat is arra, hogy mások miért nem jutottak idáig. Az eredmény nem csak azért értékes, mert a Wright-sejtésben évtizedek óta nem volt érdemi előrelépés, hanem azért is, mert a bizonyítás során számos olyan új technikát alkottak meg, ami a késleltetéses egyenletek széles osztályára jól hasznosítható lesz a jövőben. A késleltetett visszacsatolások pedig jelen vannak minden bonyolult műszaki vezérlési problémában (az atomerőműtől a robotikán át az űrszondákig), valamint a komplex gazdasági és természeti folyamatokban is (mint pl. a klímaváltozás), így nagy jelentőségük van mindennapi életünkre nézve is.

RG

Moore
Moore-díjasok (balról jobbra):Bánhelyi Balázs, Csendes Tibor és Krisztin Tibor, az SZTE oktatói

Megjegyzések:

A Moore-díj leírása: http://interval.louisiana.edu/Moore_prize.html

A Reliable Computing folyóirat szerkesztőbizottsága ítéli oda a díjat. A 6. Moore-díj odaítéléséről szóló hír:

http://www.cs.utep.edu/interval-comp/banhelyi16.html

http://interval.louisiana.edu/reliable-computing-journal/

Aki még nem tudja, mi is a késleltetett visszacsatolás, az keresse ki az Érintő mostani számának Mi is…? rovatából  Krisztin Tibor írását. Az intervallum-aritmetikáról pedig 2017. évi márciusi számunkban ír Csendes Tibor.

A rovat ajánlott cikkei
A lefedőkongruenciák elmélete Erdős Pál egyik legkedvesebb kutatási területe volt. Gyarmati Katalin cikke egy olyan problémájának történetét vázolja, amelynek megoldására kezdetben 10, majd 1000 dollárt ajánlott fel. Sejtésének az ellenkezőjét bizonyították be a 2000-es években. Itt egy elemi bizonyítást láthatunk a probléma továbbgondolására.
Ez a cikk több szempontból is Pálvölgyi Dömötör MI-ről és matematikáról szóló írásának folytatása. Az eredmény, amelyről beszámolunk, ugyanabból a gondolatkörből nőtt ki, amely az egységtávolságok problémájánál is fontos szerepet játszott és sok szálon kapcsolódik magyar matematikusok munkájához.
Az Érintő, és benne a Tudomány rovat mostanában sokat foglalkozik a mesterséges intelligencia egyre növekvő szerepével a matematikában. Pach János írása Pálvölgyi Dömötöréhez hasonlóan az Erdős-sejtés cáfolatától indul, de más vizekre hajózik…
Ez a szöveg a ChatGPT 5.5 Thinking modell segítségével készült: ő írta az első verziót, majd visszajelzéseim alapján újra és újra átírta, végül a végső verziót átszerkesztettem és kiegészítettem. Már önmagában ez is jól mutatja, mennyire témába vág, amiről a cikk szól. – Pálvölgyi Dömötör.
Mi található a valós számokon túl? Hát, sokan tudják: a komplex számok! Node azon is túl? Sir William Rowan Hamilton (képünkön a róla készült festmény, forrás:Wikipedia) a 19. században felfedezte a kvaterniókat, de még ezeken is túlléphet, és szépen felépítve eljuthat az olvasó az októniók és szedéniók fogalmához Csonka Bence cikkéből.
Hírlevél feliratkozás