Aalto-yliopiston tutkija ratkoi väitöskirjassaan Newtonin ajoista asti kutkuttanutta matematiikkapulmaa

Kuinka monta kolikkoa mahtuu sivuamaan yhtä kolikkoa, tai montako koripalloa voi “suukottaa” yhtä koripalloa? Tämä hupaisalta kuulostava kysymys on osa kuuluisaa sivuamislukuna tunnettua ongelmaa (engl. kissing number), joka muuttuu lähes yliluonnollisen vaikeaksi korkeammissa ulottuvuuksissa. Vaikeudestaan huolimatta vastaavantyyppisillä ongelmilla on myös varsin arkisia sovelluksia, esimerkiksi mobiiliviestinnässä ja satelliittinavigoinnissa. 

Pulma on kiehtonut mieliä jo vuosisatoja: kuulut matemaatikot Isaac Newton ja David Gregory kiistelivät vuonna 1694 siitä, kuinka monta samankokoista palloa voi koskettaa yhtä keskuspalloa kolmiulotteisessa avaruudessa. Newton oli tuolloin oikeassa väittäessään, että enimmäismäärä on 12, kun Gregory uskoi virheellisesti, että se olisi 13. Kolmannen ulottuvuuden sivuamisluku todistettiin virallisesti kuitenkin vasta 1950-luvulla. 

Aalto-yliopiston tutkija Mikhail Ganzhinov on nyt puolestaan osoittanut väitöskirjassaan, että sivuamisluku on vähintään 510 ulottuvuudessa 10, vähintään 592 ulottuvuudessa 11 ja vähintään 1 932 ulottuvuudessa 14. Vanhin aikaisemmista alarajoista on yli 50 vuoden ja tuoreinkin 20 vuoden takaa. 

”Parannukset on saatu aikaan käyttämällä moniulotteisten avaruuksien diskreettejä symmetrioita pallojen sivuamispisteiden määrittelyssä”, Ganzhinov kertoo.  

Tutkimus aiheesta julkaistiin toukokuussa, jolloin otsikoihin nousi myös Googlen tekoälylaboratorio DeepMindin kehittämä AlphaEvolve: se pystyi nostamaan ulottuvuuden 11 alarajaa edelleen tulokseen 593 – yhden Ganzhinovia paremmaksi.

”Joissakin ulottuvuuksissa alarajat näyttävät vieläkin heikoilta, esimerkiksi uskon, että ulottuvuudessa 11 alarajaa voidaan nostaa selvästi yli 600:n”, Ganzhinov sanoo. 

Ganzhinovin väitöskirjan ohjaaja, professori Patric Östergård luottaa hänen kykyihinsä – ainakin yli tekoälyn: 

”Vaikka tekoäly pystyy hämmästyttäviin asioihin, se ei suinkaan ole kaikkivoipa. Tilanne saattaa hyvinkin kääntyä vielä Mikhailin eduksi myös ulottuvuudessa 11.” 

Vastikään tohtoriksi väitellyt Ganzhinov haluaa itse kuitenkin huomauttaa, että yhdysvaltalaisen huippuyliopisto MIT:n professori Henry Cohn sekä tutkija Anqi Li ovat julkaisemassa tutkimuksensa, jossa sivuamisluvun alarajaa on onnistuttu nostamaan ulottuvuuksissa 17–21. Näissäkin ulottuvuuksissa edelliset tulokset ovat yli 50 vuoden takaa. Parannukset on saatu aikaan löytämällä ”aukkoja” joistakin aiemmin tunnetuista konfiguraatioista, joihin ylimääräiset pallot on voitu sijoittaa. 

”Tulokseni ovat osa tätä viimeaikaista kehitystä”, Ganzhinov toteaakin vaatimattomasti.