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如何将球体最紧密地堆积起来?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-08-21 11:40
    

主要观点总结

本文介绍了数学家对于在不同维度中如何高效堆积球体的研究,特别强调了球体堆积问题的复杂性和难度。文章提到了已知的二维、三维、八维和二十四维的最优球体堆积方案,并介绍了球体堆积的研究历史和最新进展。文章还详细描述了数学家们使用图论技术来解决球体堆积问题的方法,包括随机散布点、创建独立集以及使用蚕食技术等技术手段。文章还提到,新结果在推动球体堆积问题的研究中取得了一些进展,但还存在很多未知的领域和挑战需要数学家们去解决。

关键观点总结

关键观点1: 数学家在不同维度中研究高效堆积球体的方法和技术。

包括使用图论技术、创建独立集以及使用蚕食技术等手段。

关键观点2: 已知的最优球体堆积方案在二维、三维、八维和二十四维的情况。

这些方案展示了不同的维度中球体堆积的特性和模式。

关键观点3: 球体堆积问题的复杂性和难度。

在更高的维度上,数学家们对于最优排列的球体的空间填充百分比并不清楚。

关键观点4: 最新进展在球体堆积问题上的突破。

使用图论技术创建高度无序的堆积,并通过蚕食技术提取出大的独立集,以制造出更密集的球体堆积。

关键观点5: 存在的挑战和未知领域。

虽然新结果是一个重大改进,但没有人知道新的球体堆积与最优堆积有多接近。有序和无序的球体堆积之间的竞赛仍然存在悬念。


文章预览

数学家喜欢将概念推广到更高的维度。有时这很容易。如果你想将二维正方形高效堆积在一起,可以像棋盘那样排列它们。要将三维立方体塞在一起,你可以像移动盒子一样堆叠它们。数学家可以很容易地扩展这些排列,堆积更高维的空间中的立方体完美地填充空间。 可是,堆积球体要困难得多。数学家知道如何将圆(或足球)堆积在一起,以尽量减少它们之间的空隙。但 在四个或更多的维度上,最高效的堆积方案完全是一个谜 。已知的2、3、8和24维最优球体堆积看起来像格子,充满了模式和对称性。但在每一个其他维度上,最好的堆积可能是完全混乱的。 去年12月,Sahasrabudhe与他在剑桥的同事Marcelo Campos、伦敦国王学院的Matthew Jenssen和芝加哥伊利诺伊大学的Marcus Michelen一起,为如何在所有任意高维度下密集堆积球体提供了新的方法。 这是75年 ………………………………

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