¿Cuál es el problema de física o matemática más desafiante que has intentado resolver?

Hace unos años, trabajé en un problema de geometría euclidiana: el problema del gusano Moser.
Por supuesto, no es un problema del Premio del Milenio, pero es una pregunta abierta que, como el teorema de los cuatro colores mencionado anteriormente, es fácil de entender con una declaración muy simple.

Este problema consiste en “encontrar la región del área más pequeña que pueda acomodar cada curva plana de longitud 1”.
El término “acomodar” significa aquí que la curva se puede girar y trasladar para ajustarse dentro de la región.

Pero encontré este problema en una forma más simple y divertida . Era el problema del gusano Madre :
“Imagina que eres un gusano madre y quieres hacer una manta para tu gusano bebé. Tu objetivo es hacer la manta más pequeña (¡necesitas salvar tu lana!), Que puede cubrir a tu bebé dormido sea cual sea su posición. ¿Cuál es la forma de esta manta?

Un ejemplo puede ayudarlo a comprender el problema:
Un disco circular de radio 1/2 puede acomodar fácilmente cualquier curva plana de longitud 1, colocando el punto medio de la curva en el centro del disco. El área del disco es aproximadamente 0.785 .
Pero no es la solución óptima, otras formas resuelven el problema con áreas más pequeñas. La solución descrita aquí (El problema del gusano de Leo Moser) tiene un área inferior a 0.275 .
Durante los últimos años, el área de la forma mínima ha disminuido, pero las búsquedas por computadora también han calculado un límite inferior de 0.232239 para el área óptima.

Incluso si la existencia de un límite inferior (no igual a cero) parece obvio, ¡no lo es! De hecho, he leído que podríamos encontrar una forma de medida cero (una manta con “agujeros”), que pueda acomodar cada curva polinómica plana de longitud 1.

También hay algunos problemas derivados, como la “bolsa de la serpiente de Moser” (el problema del gusano 3D-Moser, puede encontrar algunas publicaciones al respecto), el problema del sofá móvil o el problema del conjunto de Kakeya.

Pensé en agregar restricciones en la curva y ver cómo podríamos reducir el área. Algunas restricciones pueden estar en la regularidad o el radio de curvatura (parece difícil para un gusano tener un radio de curvatura muy pequeño, ¡pero también es muy poco probable que un gusano duerma de frente!).

Como puede ver, este problema (con una declaración bastante simple) puede llevar a preguntas muy interesantes y es, en mi opinión, un problema abierto muy agradable.

La conjetura de la matriz de Hadamard.
Matriz de Hadamard

Es equivalente a tratar de encontrar simplices n-dimensionales regulares inscritos en los vértices de cubos n-dimensionales regulares. Pero solo existen soluciones para dimensiones congruentes con 3 módulo 4, o las dimensiones triviales 0 y 1.

También es equivalente a encontrar regulares (n + 1) -ortoplas inscritos en los vértices de los cubos regulares (n + 1). (De nuevo, n es congruente con 3 módulo 4).

A108973 – OEIS
A124505 – OEIS

Pasé varios meses en él, acercándolo inicialmente como un problema de geometría. Me di cuenta de que un símplex regular en un n-cubo podría construirse a partir de un subconjunto de un producto cartesiano de dos simplificaciones irregulares inscritas en los vértices de dos cubos de dimensiones inferiores, donde las coordenadas irregulares del vértice simplex eran filas de matrices circulantes. Esto me llevó a mirar la convolución circular y las transformadas de Fourier, y luego de allí a los polinomios ciclotómicos y las ecuaciones trigonométricas de diofantina.

Logré reproducir de forma independiente resultados que ya se conocían, lo que fue algo satisfactorio, pero finalmente me quedé sin ideas sobre cómo seguir adelante con el problema.

Traté de probar el teorema de los cuatro colores. Esto fue cuando era un estudiante graduado justo cuando se anunciaron las pruebas de Haken y Appel en 1976. No tenía expectativas de demostrarlo, y mis intentos no fueron serios en el sentido de que no estaban destinados a dar como resultado nada sustancial . Tenía curiosidad y quería ver de qué se trataba. Logré comprender el problema y resolver muchos casos pequeños. Fue divertido trabajar en ello, y luego me alegré de haberlo hecho cuando escuché a Appel (o fue Haken, ahora lo olvido) hablar sobre eso.

Imagen del artículo de Evelyn Lamb Divirtiéndose con el teorema de 4 colores en Scientific American

El problema es divertido porque es accesible y puedes progresar en él. Dado un gráfico plano, demuestre que sus vértices se pueden colorear en cuatro colores para que no haya dos vértices adyacentes del mismo color. Para el mapa anterior, el gráfico asociado tiene un vértice para cada país, y dos vértices son adyacentes si los países que representan se bordean entre sí.

P = NP

Honestamente, los días que solía estudiar los temas de optimización, me encerré en la habitación e intenté trabajar en este problema durante más de 4 días. Más tarde, aprendí todo sobre optimización, obtuve A + en el tema, completé más de una docena de proyectos en línea y terminé dándome cuenta de que ni siquiera estaba cerca.

Este es uno de los 7 problemas que, cuando se resuelve, la persona recibe un millón de dólares, publicado por el instituto de matemáticas Clay. No creo que estuviera cerca de los $ 1000, pero lo intenté.

1) Diseñe un mejor sistema financiero global y ayude a crear negocios de alta tecnología en Hong Kong.

2) Descubra el mecanismo para el colapso del núcleo de hierro de la supernova. Me di cuenta de que no era simple convección.

El problema de física y matemática se correlaciona entre sí. Si su base no es clara en matemáticas, entonces posiblemente sea difícil resolver un problema de física, porque la estrategia utilizada para resolver el problema de matemáticas de alguna manera también se utilizó en física, si es nuevo, entonces es realmente un desafío resolver ese problema. No importa cuál sea exactamente el problema. Ya es algo difícil de resolver, por lo que es difícil saber qué problema en particular, tanto en matemáticas como en física, es difícil de resolver.

Traté de encontrar soluciones a la ecuación x ^ y = y ^ x y a la ecuación de tercer grado (ax³ + bx² + cx + d = 0), cuando aún era un estudiante de secundaria (alrededor de 15, 16 años).

Hipótesis de Riemann, por supuesto no tenía oportunidad real

La conjetura de Goldbach, cuando escuché por primera vez la simple declaración del problema. No llegué muy lejos.

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