如何讓全球銀行都破產,你只需要攻克黎曼猜想

2020-12-24 胖福的小木屋

有人問過希爾伯特一個問題,說:「如果你沉睡了幾百年,然後醒過來,你想幹什麼?」希爾伯特說,「我想問問有人把黎曼猜想證出來了嗎?我太想知道了」。

如何讓全球銀行破產,是全球經濟大蕭條,還是戰爭摧毀了文明?都不是,你只需要破解黎曼猜想。

黎曼猜想是什麼

簡單來說,黎曼猜想究竟講了什麼呢?就是一個尋找質數的方法。

什麼是質數呢?我們應該在初中就學習過,就是指那些只能被1和自己所整除的數,如2、3、5、7、11等等。質數的研究屬於數論的範疇。

早在古希臘時期,歐幾裡得的《幾何原本》中就有對質數的研究。歐幾裡得採用反證法證明了質數有無窮個,但是質數究竟有什麼分布規律呢?歐幾裡得並沒有找到。

至此之後,數學家們都費勁心思想要找尋質數分布的規律,1859年,黎曼發表了《論小於已知數的質數個數》論文探究質數分布的奧秘,這篇只有短短八頁的論文就是黎曼猜想的「誕生地」。

在這篇論文中,黎曼通過研究,發現質數出現的頻率的規律,提出了黎曼Zeta函數,黎曼Zeta函數是一個無窮級數的求和。

黎曼對解析延拓後的Zeta函數證明了其具有兩類零點。其中一類是某個三角sin函數的周期零點,這被稱為平凡零點;另一類是Zeta函數自身的零點,被稱為非平凡零點。針對非平凡零點,黎曼提出了三個命題。

第一個命題,黎曼指出了非平凡零點的個數,且十分肯定其分布在實部大於0但是小於1的帶狀區域上。

第二個命題,黎曼提出所有非平凡零點都幾乎全部位於實部等於1/2的直線上。

而第三個命題就是重頭戲了:很可能所有非平凡零點都全部位於實部等於1/2的直線上。

這第一個命題,黎曼表示太簡單了,壓根不需要證明,然而直到86年之後,第一個命題才由德國數學家蒙戈爾特在給出了完整的證明。

而至於第二個命題,黎曼聲稱自己已經證明,但是證明過程還需要簡化,然而因為飽受病痛折磨,黎曼39歲就英年早逝,去世之後,他的手稿被管家付之一炬,自此黎曼的證明過程就徹底消失人間。

1932年。一位德國數學家Siegel整理黎曼僅存的手稿,讓黎曼當時演算零點所用的公式重見天日,這個公式被命名為Riemann-Siegel公式。

憑藉這個公式,數學家將第二個命題,推進到「至少有40%的非平凡零點在臨界線上」,然後就再也沒有新的進展了。

而第三個命題就是黎曼猜想,這條線,從此被稱為臨界線。關於第三個命題,即使是黎曼自己也不敢確定。即使到現在,也依然沒有人能夠給出答案。若黎曼猜想證明為真,則該函數的所有非平凡零點,即兩圖像的交點均會出現在該直線上。

有一個數學研究所叫克雷研究所,2000年的時候他們給七道數學未解之謎分別給出了100萬美元的懸賞,其中一道題就是證明黎曼猜想。如今18年過去了,7道題只有1道解決,黎曼猜想還是沒能攻克。

「黎曼猜想」後面是史詩級災難

從19世紀以來,越來越多的數學理論成果開枝散葉,很多早期被認為無用之用的分支,今日早已經成為現代科技最強有力的工具,為現代科技的發展推波助瀾。

牛頓的微積分成為第一次工業革命的火炬,線性代數、矩陣分析、統計學、群論等為我們帶來了信息文明,非歐幾何(特別是黎曼幾何)和張量分析讓陸海導航成為可能,二進位讓人類進入計算機時代。

而質數則成為了網際網路大門的鑰匙,替人類看護所有放在網絡上的隱私,私鑰加密、籤名.....

數學家們之所以將質數應用在密碼學上,正是因為人類還沒有發現素數的規律,以它作密鑰進行加密的話,即使運用超算,也會因求解質數時間過長而失去破解的意義。

現在普遍使用於各大銀行的是RSA公鑰加密算法 ,基於一個十分簡單的素數事實:將兩個大質數相乘,但是想要對其乘積進行因式分解卻極其困難。

因為兩個大素數的乘積因式分解時,除了1和其本身(這兩個不在分解範圍內)外,只有這兩個大素數,但是分解時不知道這兩個大素數,只有從最小的素數2開始,逐步試除,直到這兩個大素數中較小的一個

這也是為什麼全球各大銀行都利用質素作為自己安全密碼體系。

一旦素數之秘被解開,無需量子計算機,根據其原理甚至能破解現代銀行的安全密碼體系,讓銀行進入破產。

不僅是銀行,那麼現在幾乎所有網際網路的加密方式將不再安全,網際網路變成一個裸奔的世界解。

所以數學家將對黎曼猜想的攻堅之路趣稱為:「各大行長躲在銀行保險柜前瑟瑟發抖,不少黑客則潛伏敲著鍵盤蓄勢待發」。

黎曼猜想帶來的危險不僅僅影響銀行,更不僅僅是網際網路, 甚至可能動搖對數學界產生影響。

在這數百年裡,無數的數學家都在黎曼猜想上耗費過心力,數學文獻中已有超過一千條數學命題以黎曼猜想的成立為前提。

如果黎曼猜想被證明,所有那些數學命題就全都可以榮升為定理;反之,如果黎曼猜想被否證,則那些數學命題中起碼有一部分將成為陪葬品,被掃進歷史的塵堆。

那些建立在黎曼猜想上的推論,可以說正在惶恐地等待著最終的審判。無論結果如何,都勢必會影響數學大廈。

一個數學猜想與為數如此眾多的數學命題有著密切關聯,這是世上極為罕有的,也許正是因為這樣的關係,黎曼猜想的名氣和光環變得更加顯著,也越發讓人著迷。

那放棄對黎曼猜想的破解嗎

不過和災難相比,破解黎曼猜想更像是在諾亞方舟之中重獲新生,被譽為數學屆無冕之王的希爾伯特曾經說過:每一道數學難題都是會下金蛋的鵝。

就像對費馬大定理的證明一樣,它擴展了「無窮遞降法」和虛數的應用;催生出庫默爾的「理想數論」;促成了莫德爾猜想、谷山--志村猜想得證;拓展了群論的應用;加深了橢圓方程的研究;找到了微分幾何在數論上的生長點;發現了伊利瓦金—弗萊切方法與伊娃沙娃理論的結合點;推動了數學的整體發展和研究,……同時又催生出一批又一批重量級數學家。

如果人類真的能夠破解黎曼猜想,那麼新的數學方法、新的數學規律、新的數學工具將會應運而生,帶來人類走向新的文明。

希爾伯特曾經說過:「對我們來說沒有什麼不可知,以我的看法,對於自然科學來說也沒有什麼不可知。拋棄這個愚蠢的不可知,讓我們決心反其道而行之。我們必須知道,我們必將知道。」

人類之所以能夠不斷發展,正是源於我們在不斷掀開自然界中蘊藏著的所有奧秘。

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