數論難題abc猜想被證明?600頁論文僅幾人看懂,仍存巨大爭議

2020-12-18 騰訊網

經過八年的努力,獨自奮戰的日本數學家望月新一(Shinichi Mochizuki)終於得到了一些認可。如今,他長達 600 頁的「abc 猜想」證明論文已經被接收,即將出版。

京都大學數理解析研究所期刊(RIMS)評審通過瞭望月新一的論文,而望月新一也是該期刊的編輯。八年來,該證明論文經歷了漫長而激烈的爭論,如今它終於要發表了。

4 月 3 日,在京都大學舉行的新聞發布會上,另外兩位 RIMS 的數學家,Masaki Kashiwara 和 Akio Tamagawa 宣布了這一成果。Kashiwara 說,這篇論文「將產生巨大影響」。當被問及望月新一對論文被通過的消息有何反應時,Kashiwara 說:「我想他鬆了一口氣。」

多年來,望月新一一直拒絕接受採訪,他從不露面,也不願接受記者採訪。

八年前,望月新一在網上發表了四篇共 500 多頁的長論文,聲稱已經證明了「abc 猜想」。但是很多數學家看不懂這些論文,他們花了多年時間試圖理解它,更別提證明它的對錯。

如今,這一論文的正式發表,能夠平息來自大多數其他數學家的質疑嗎?

abc 猜想

望月新一聲稱已經證明了的 abc 猜想,描述的是整數加法和乘法之間的深刻聯繫。abc 猜想最初由法國數學家約瑟夫·奧斯特萊和大衛·馬瑟於 1985 年提出。並且一經提出,abc 猜想就成為數論領域的重要猜想之一。

(來源:PaddyMills)

我們知道,任何整數都可以被分解成若干個質因數相乘,例如:5、3、2是60的質因數,60 = 5×3×2×2。abc 猜想可以簡單解釋為,有 a、b、c 三個互質整數,其中 c=a+b,猜想認為,這三個數的質因數相乘的結果比 c 小的 a、b、c 組合是有限的。

數學家們把 abc 的質因數乘積記作 rad(abc),用嚴謹的數學語言來表述就是:

對於任何 ε > 0,只存在有限個互質正整數的三元組(a,b, c),c =a + b,使得:c > rad(abc)1+ε。

如果這個猜想被證明,就可以改變數論。

例如,它可以提供一種新的方法來證明由皮埃爾·德·費馬在 1637 年提出的費馬大定理。費馬當年提出費馬大定理時,用一句「空白太小寫不下證明」,導致這一定理歷時 350 多年,直到 1995 年才被證明。

一波三折的八年

望月新一是一位受人尊敬的天才數字家。他 1969 年 3 月 29 日出生於日本東京,23 歲獲得數學博士學位,33 歲成為京都大學數理解析研究所的教授。

2012 年 8 月 30 日,他悄悄地在自己的 RIMS 網頁上發布了論文初稿。這些論文的撰寫風格獨特而高深莫測,似乎完全由未知的數學概念組成。威斯康星大學麥迪遜分校的數字理論家 Jordan Ellenberg 在他的博客上寫道,「這論文就像是來自未來,甚至像是外星文明」。

在網上發表論文之後,望月新一拒絕了所有出國旅行和演講的邀請。當時他的一些親密合作夥伴表示,該證明是正確的。

與此同時,其他世界各地的專家則在艱難地去理解它,更不用說驗證了。在隨後的幾年中,學界就這個問題多次舉行了會議,與會者報告了部分進展,但表示可能需要許多年才能得出結論。許多數學家,包括望月新一的博士導師 Gerdfalings 在內,都公開批評望月新一的論文不是很清晰。

到 2015 年,望月新一的證明仍然處於數學困境之中,既未被證明存在錯誤,也未被更廣泛的數學界所接受。望月新一估計,數學研究生需要大約 10 年的時間才能理解他的論文,而英國諾丁漢大學的數字理論家 Ivan Fesenko 認為,即使算術幾何學專家也需要大約 500 個小時才能理解。當時,只有 4 位數學家說他們已經能夠閱讀整個證明過程。

圖 | 望月新一(來源:京都大學)

2017 年 12 月 16 日,日本《朝日新聞》報導稱,望月新一的證明即將得到正式驗證,這一成就將與 1995 年費馬大定理的證明不相上下。

當時有傳言稱,RIMS 已經採納了這些論文,隨後該期刊的編輯對此予以否認。

2017 年 12 月,紐約哥倫比亞大學數學物理學家 Peter Woit 在博客上寫道,該期刊採納這些論文的做法將創造一種「數學歷史上前所未有的情況:一本備受尊敬的期刊審查通過了著名猜想的證明論文,而研究該領域的大多數專家卻無法理解這些論文。」

當時,即將出版確實是謠言。然後在幾個月內,對望月新一的爭議變得更大了。波恩大學的 Peter Scholze 是數論方面業界公認的權威,他於 2018 年 8 月獲得菲爾茲獎(數學領域的最高榮譽)。

Scholze 和法蘭克福歌德大學的 Jacob Stix 私下反駁瞭望月新一的 abc 猜想證明論文,並指出了他們認為的具體錯誤段落。同月,Scholze 和 Stix 在數學和物理學雜誌Quanta的提問中公開表示,他們發現了一個嚴重的、無法解決的漏洞。Scholze 告訴Quanta:「我認為 abc 猜想仍未解決,任何人都還有機會證明這一猜想。」

許多人認為,這是對望月新一證明的致命打擊。

對此,望月新一駁斥了一些網上的批評聲,他認為另兩位數學家沒有理解他的論文。然而,其他所有專家都贊同兩位數學家的觀點。

爭議依然存在

現在,論文即將公開發表似乎也不太能改變這種情形。Scholze 表示:「我的觀點自始至終都沒有改變,我和 Jakob Stix 認為這些論文存在錯誤。」 Stix 則拒絕發表評論。

放眼數學界,也沒有太多數學家加入望月新一的陣營。

加州大學聖地牙哥分校的數學家 Kiran Kedlaya 一直致力於驗證這一證明,他說:「我認為,自 2018 年以來,社會輿論沒有太大的變化」。另一位來自加州大學伯克利分校的數學家 Edward Frenkel 說:「在新的信息出現之前,我不會對這篇論文的發表發表任何評論。」

在新聞發布會上,Tamagawa 表示,證明過程並沒有因為 Scholze 和 Stix 的質疑而有所更改。關於它的一些評論也將發表,但沒有根本改變。

歐洲數學學會主席 Volker Mehrmann 認為,如果期刊編輯無視這些質疑,在沒有重大修訂就選擇發表論文,這將對期刊以及作者望月新一造成很不好的影響。

一位匿名數學家說,評審這些論文的編輯可能處於進退兩難境地。「如果目前最好的數學家們都拿這些論文沒有辦法,那麼他們怎麼會有機會(評判)呢?」

對於望月新一就是論文發表期刊的編輯這件事,東京 Kavli 物理與數學研究所的數學家 Hiraku Nakajima 說,數學家經常在他們擔任編輯的期刊上發表論文,只要作者退出同行評審過程,「就不會違反任何規則,而且很普遍」。Mehrmann 也確認這不會違反 EMS 準則。

Kashiwara 說,望月新一已經退出了評審,並且沒有參加有關該論文的任何編輯委員會會議。他說,該期刊此前也曾發表過其他期刊編輯委員會成員的論文。

望月新一的論文於 2 月 5 日通過評審,但是發表日期尚未確定。Kashiwara 說:「這是一篇很長的論文,而且是一個特殊的問題,所以還不能確定要花多長時間才能正式發表。」

在數學世界中,期刊的認可並不意味著同行評審過程結束。只有在整個學界達成共識後,才能真正成為公認的定理,這一過程可能在論文正式發表後持續數年。

英國牛津大學數學家 Minhyong Kim 說,「儘管多年來存在種種困難,但我仍然認為,如果望月新一的證明正確無誤,那就太讓人激動了」。

-End-

參考:

https://www.nature.com/news/the-biggest-mystery-in-mathematics-shinichi-mochizuki-and-the-impenetrable-proof-1.18509

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