他想找一种证明方式,一种能说明有限的局部约束,怎样在无限扩展中仍然有效的数学语言。
翻到离散几何讲义的中间部分时,他的目光停在一个章节名上。
Aperiodic Tilings(非周期铺砌)。
他快速扫过。
先是 Wang tiles,再是 Penrose tilings,接着是 substitution tilings。
最后,在这一章快要结束的地方,讲义用极短的一段话提到了一个概念:
einstein proble whether a single tile can force aperiodicity.
(爱因斯坦问题:是否存在单一型状的瓷砖,能迫使铺砌呈现非周期性。)
一块砖。
仅仅凭借自身的几何型状,就能铺满无限的平面,但所有铺法永远不可能产生周期性的重复。
这简直就是MPS思想完美的几何实体化。
程序里,局部动作排除错误路径,把搜索器逼进唯一的可行域。
几何里,一块砖的局部边界排除所有错误拼法,把无限的平面逼进一种深邃的层级结构。
一虚一实,严丝合缝。
江临合上那本封皮卷边的离散几何讲义,从图书馆出来的时候,脑海中依然盘旋着局部规则、状态转移和全局约束这三个词。
原本在微程序搜索器(MPS)中遇到的状态空间爆炸问题,此刻在几何学的语境下,似乎被投射成了一个具象的实体。
穿过林荫道,他本打算直接去车棚取自行车回七中,馀光瞥见路旁公告栏上的一张海报。
离散几何读书班
主题:非周期铺砌、准晶与单砖问题——局部规则,如何强迫出全局结构。
地点:数学学院C楼 216
主持:顾南舟(副教授)
时间:15:30
江临的脚步一下子停住了。
局部规则,如何强迫出全局结构?
想到MPS里的内核困境,他摸出手机看了一眼时间,距离开班还有十分钟。
他当即取了自行车往数学学院骑去。
数学学院的C楼比物理楼要安静许多。
墙上贴着各类学术讲座的海报,大多充斥着张量,流形,同调群等词汇。
C216的门半掩着。
江临推门进去,找了最后一排靠窗的位置坐下。
教室不大,正中间拼着几张长条桌,十来个学生零散地坐着。
有人在翻看打印好的论文,有人在笔记本计算机上敲击。
气氛并不严肃,但似乎也没轻松到哪里去。
正前方的白板边,站着一个三十多岁的男人。
他穿着浅灰色的衬衫,袖口随意地卷到手肘处,手里转着一支白板笔。
应该就是顾南舟。
投影仪亮着,幕布上打出一张错综复杂的几何图形。
正是经典的Penrose(彭罗斯)铺砌。
图中只有两种基本型状。
一种是风筝,一种是飞镖。
边缘都带有特定的箭头标记。
“我们今天讨论非周期铺砌。在这之前,我需要先厘清一个经常被外界,甚至被部分初学者误解的概念。”
顾南舟转身在白板上写下一行字。
“很多人觉得,非周期就是乱,就是没有规律。”顾南舟指着黑板上的等式,“随机当然不具备周期性,但数学的美感从来不在于毫无章法的混乱。”
“彭罗斯铺砌之所以迷人,在于它的局部规则非常有限,甚至可以说非常简单,但它却能在无限延伸的过程中,不可抗拒地强迫出全局的非周期结构。”
他在白板上快速勾勒出风筝和飞镖的轮廓,并在边缘重重地点出几个箭头。
“两块砖,只要加之这些匹配规则,规定箭头必须同向相接,你就永远无法拼出一个可以平移重合的周期图案,因为它被锁死了。”
坐在前排的一个博士生举起手,推了推眼镜问:“老师,彭罗斯铺砌依赖于边缘的匹配规则。如果我们在物理上实现它,比如把这些箭头做成真实的凹凸卡扣,把匹配规则直接内化到几何型状里,是不是就等价了?”
“直觉很准确。”
顾南舟赞赏地点点头。
“实际上,这正是后来很多构造法在做的事情。用纯粹的几何边界来代替人为附加的符号规则。只要型状设计得当,两块砖确实能做到这一点。”
说到这里,他的话锋忽然一转,语气沉了下来。
“但如果,我们将条件推到极限呢?”