Renormalization Group Flows, Embedding Theorems, and Applications
重整化群流、嵌入定理和应用
基本信息
- 批准号:2107205
- 负责人:
- 金额:$ 27.72万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-08-01 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
A central theme in mathematics is to understand the nature of space. Mathematicians use the term manifold to formalize the notion of a curved space built by piecing together patches of more familiar Euclidean space. This idea dates to the work of Riemann in the mid-1800s, yet several questions about manifolds remain poorly understood. In the 1950s, Nash proved striking embedding theorems identifying two distinct ways of thinking about manifolds, intrinsic and extrinsic. One can imagine for example, the measurement of lengths on earth by an ant crawling around (intrinsic) and the measurement of lengths on earth by an observer on the moon (extrinsic). The main purpose of this project is to revisit Nash's embedding theorems from a modern perspective, expanding their range of applications to problems in science and technology. Approaches of this project have applications to the description of disordered systems in physics (such as turbulent fluid flows) and the design of algorithms for artificial intelligence (such as manifold learning). The project contributes to the development of the scientific workforce through the mentoring of graduate students in PhD projects that include both rigorous mathematics and numerical computations. A particular goal of the project is to visualize the embedded manifolds in order to communicate Nash’s vision to a broad scientific audience and the public at large.The main technical goal of this project is to develop a new method to construct Gibbs measures for nonlinear partial differential equations. The method relies on lifting the PDE into a space of Gaussian measures and designing new heat flows, termed renormalization group flows, that improve subsolutions of the PDE into solutions through band-limited approximations at increasingly fine scales. Both numerical and analytical approaches will be pursued. The analytical method has its roots in Nash’s techniques, but its conceptual foundation is a Bayesian description of the measurement of length, not the nature of the underlying space. This shift in emphasis provides a framework that unifies the embedding problem for Riemannian manifolds with that of metric spaces and graphs. It identifies the problem of critical exponents for embeddings with the study of critical exponents in statistical physics. The numerical counterpart to these analytical methods is a new class of stochastic interior point methods for the solution of nonlinear PDE. The primary goal here is to explore the idea that PDE may be solved by optimization techniques, such as relaxation, semidefinite programming, and Markov chain Monte Carlo methods, rather than the traditional methods based on spatial discretizations.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
数学的一个中心主题是理解空间的本质。数学家使用术语流形来形式化弯曲空间的概念,该弯曲空间是通过将更熟悉的欧几里得空间拼凑在一起而构建的。这个想法可以追溯到黎曼在19世纪中期的工作,但关于流形的几个问题仍然知之甚少。在20世纪50年代,纳什证明了引人注目的嵌入定理,确定了两种不同的思考流形的方式,内在的和外在的。例如,我们可以想象,一只蚂蚁在地球上爬行来测量地球的长度(内在的),一个月球上的观察者在地球上测量地球的长度(外在的)。这个项目的主要目的是从现代的角度重新审视纳什的嵌入定理,将其应用范围扩展到科学和技术问题。该项目的方法可应用于物理学中无序系统的描述(如湍流)和人工智能算法的设计(如流形学习)。该项目通过指导博士项目的研究生,包括严格的数学和数值计算,有助于科学劳动力的发展。该项目的一个特殊目标是可视化嵌入式流形,以便将纳什的愿景传达给广大的科学观众和公众。该项目的主要技术目标是开发一种新的方法来构造非线性偏微分方程的吉布斯测度。该方法依赖于提升PDE到高斯测度空间,并设计新的热流,称为重整化群流,通过越来越精细的尺度上的带限近似将PDE的子解改进为解。将采用数字和分析方法。分析方法的根源在于纳什的技术,但其概念基础是对长度测量的贝叶斯描述,而不是底层空间的性质。这种重点的转移提供了一个框架,将黎曼流形的嵌入问题与度量空间和图的嵌入问题统一起来。它确定了嵌入的临界指数的问题与统计物理学中的临界指数的研究。这些分析方法的数值对应是一类新的随机内点方法的非线性偏微分方程的解决方案。这里的主要目标是探索可以通过松弛、半定规划和马尔可夫链蒙特卡罗方法等优化技术而不是基于空间离散化的传统方法来解决偏微分方程的想法。该奖项反映了NSF的法定使命,并且通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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专著数量(0)
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