background image

INFORMATION   EMBARGOED   UNTIL   TUESDAY   AUGUST   22ND,   12:00 
AM, CENTRAL EUROPEAN TIME)

Fields Medal

Grigory Perelman

CITATION: "For his contributions to geometry and his revolutionary insights 
into   the   analytical   and   geometric   structure   of   the   Ricci   flow"

The name of Grigory Perelman is practically a household word among the 
scientifically   interested   public.   His   work   from   2002-2003   brought   ground-
breaking insights into the study of evolution equations and their singularities. 
Most   significantly,   his   results   provide   a   way   of   resolving   two   outstanding 
problems   in   topology:   the   Poincare   Conjecture   and   the   Thurston 
Geometrization   Conjecture.   As   of   the   summer   of   2006,   the   mathematical 
community is still in the process of checking his work to ensure that it is 
entirely correct and that the conjectures have been proved. After more than 
three   years   of   intense   scrutiny,   top  experts   have   encountered   no   serious 
problems in the work.

For decades the PoincarĂ© Conjecture has been considered one of the most 
important   problems   in   mathematics.   The   conjecture   received   increased 
attention from the general public when it was named as one of the seven 
Millennium Prize Problems established by the Clay Mathematics Institute in 
2000. The institute has pledged to award a prize of one-million US dollars for 
the   solution   of   each   problem.   The   work   of   Perelman   on   the   PoincarĂ© 
Conjecture is the first serious contender for one of these prizes.

The   PoincarĂ©   Conjecture   arises   in   topology,   which   studies   fundamental 
properties   of   shapes   that   remain   unchanged   when   the   shapes   are 
deformed---that   is,   stretched,   warped,   or   molded,   but   not   torn.   A   simple 
example of such a shape is the 2-sphere, which is the 2-dimensional surface 
of a ball in 3-dimensional space. Another way to visualize the 2-sphere is to 
take a disk lying in the 2-dimensional plane and identify the disk's boundary 
points to a single point; this point can be thought of as the north pole of the 
2-sphere. Although globally the 2-sphere looks very different from the plane, 
every   point   on   the  sphere   sits  in   a  region   that   looks   like   the   plane.   This 
property   of   looking   locally   like   the   plane   is   the   defining   property   of   a   2-
dimensional manifold, or 2-manifold. Another example of a 2-manifold is the 
"torus", which is the surface of a doughnut.

Although   locally   the  2-sphere   and  the   torus   look  the   same,   globally   their 
topologies are distinct: Without tearing a hole in the 2-sphere, there is no 
way to deform it into the torus. Here is another way of seeing this distinction. 
Consider a loop lying on the 2-sphere. No matter where it is situated on the 
2-sphere, the loop can be shrunk down to a point, with the shrinking done 
entirely within the sphere. Now imagine a loop lying on the torus: If the loop 

background image

goes around the hole, the loop cannot be shrunk to a point. If loops can be 
shrunk to a point in a manifold, the manifold is called "simply connected". 
The 2-sphere is simply connected, while the torus is not. The analogue of the 
Poincar\'e Conjecture in 2 dimensions would be the assertion that any simply 
connected 2-manifold of finite size can be deformed into the 2-sphere, and 
this assertion is correct. It is natural then to ask, What can be said about 
non-simply-connected 2-manifolds? It turns out that they can all be classified 
according to the number of holes: They are all deformations of the torus, or 
of the double-torus (with 2 holes), or  of the  triple torus (the surface of a 
pretzel),  etc.  (One  actually  needs  two  other  technical  assumptions in  this 
discussion, compactness and orientability.) 

Geometry   offers   another   way   of   classifying   2-manifolds.   When   one   views 
manifolds topologically, there is no notion of measured distance. Endowing a 
manifold with a metric provides a way of measuring distance between points 
in the manifold and leads to the geometric notion of curvature. 2-manifolds 
can be classified by their geometry: A 2-manifold with positive curvature can 
be deformed into a 2-sphere; one with zero curvature can be deformed into a 
torus; and one with negative curvature can be deformed into a torus with 
more than one hole.

The   PoincarĂ©   Conjecture,   which   originated  with   the   French   mathematician 
Henri PoincarĂ© in 1904, concerns 3-dimensional manifolds, or 3-manifolds. A 
basic example of a 3-manifold is the 3-sphere: In analogy with the 2-sphere, 
one obtains the 3-sphere by taking a ball in 3-dimensions and identifying its 
boundary points to a single point. (Just as 3-dimensional space is the most 
natural home for the 2-sphere, the most natural home for the 3-sphere is 4-
dimensional space---which of course is harder to visualize.) Can every simply 
connected   3-manifold   be   deformed   into   the   3-sphere?   The   PoincarĂ© 
Conjecture asserts that the answer to this question is yes. Just as with 2-
manifolds,   one   could   also   hope   for   a   classification   of   3-manifolds.   In   the 
1970s, Fields Medalist William Thurston made a new conjecture, which came 
to be called the Thurston Geometrization Conjecture and which gives a way 
to classify all 3-manifolds. The Thurston Geometrization Conjecture provides 
a   sweeping   vision   of   3-manifolds   and   actually   includes   the   PoincarĂ© 
Conjecture as a special case. Thurston proposed that, in a way analogous to 
the case of 2-manifolds, 3-manifolds can be classified using geometry. But 
the analogy does not extend very far: 3-manifolds are much more diverse 
and complex than 2-manifolds.

Thurston   identified   and   analyzed   8   geometric   structures   and   conjectured 
that   they   provide   a   means   for   classifying   3-manifolds.   His   work 
revolutionized   the   study   of   geometry   and   topology.   The   8   geometric 
structures were intensively investigated, and the Geometrization Conjecture 
was verified in many cases; Thurston himself proved it for a large class of 
manifolds. But hopes for a proof of the conjecture in full generality remained 
unfulfilled.

In 1982, Richard Hamilton identified a particular evolution equation, which he 
called   the   Ricci   flow,   as   the   key   to   resolving   the   PoincarĂ©   and   Thurston 

background image

Geometrization Conjectures. The Ricci flow is similar to the heat equation, 
which describes how heat flows from the hot part of an object to the cold 
part, eventually homogenizing the temperature to be uniform throughout the 
object.   Hamilton's   idea   was   to   use   the   Ricci   flow   to   homogenize   the 
geometry   of   3-manifolds   to   show   that   their   geometry   fits   into   Thurston's 
classification. Over more than twenty years, Hamilton and other geometric 
analysts made great progress in understanding the Ricci flow. But they were 
stymied   in   figuring   out   how   to   handle   "singularities",   which   are   regions 
where   the   geometry,   instead   of   getting   homogenized,   suddenly   exhibits 
uncontrolled changes.

That was where things stood when Perelman's work burst onto the scene. In 
a   series   of   papers   posted   on   a   preprint   archive   starting   in   late   2002, 
Perelman   established  ground-breaking  results  about   the   Ricci  flow  and  its 
singularities.   He   provided   new   ways   of   analyzing   the   structure   of   the 
singularities and showed how they relate to the topology of the manifolds. 
Perelman broke the impasse in the program that Hamilton had established 
and validated the vision of using the Ricci flow to prove the Poincar\'e and 
Thurston Geometrization Conjectures. Although Perelman's work appears to 
provide a definitive endpoint in proving the conjectures, his contributions do 
not stop there. The techniques Perelman introduced for handling singularities 
in the Ricci flow have generated great excitement in geometric analysis and 
are beginning to be deployed to solve other problems in that area.

Perelman's combination of deep insights and technical brilliance mark him as 
an outstanding mathematician. In illuminating a path towards answering two 
fundamental   questions   in   3-dimensional   topology,   he   has   had   a   profound 
impact on mathematics.

1238 words

BIOGRAPHICAL SKETCH

Grigory Perelman was born in 1966 in what was then the Soviet Union. He 
received his doctorate from St. Petersburg State University. During the 1990s 
he   spent   time   in   the   United   States,   including   as   a   Miller   Fellow   at   the 
University of California, Berkeley. He was for some years a researcher in the 
St. Petersburg Department of the Steklov Institute of Mathematics. In 1994, 
he was an invited speaker at the International Congress of Mathematicians in 
Zurich.