京都大學天才數學家證明abc猜想,全球只有十幾個數學家讀懂
2021-02-08 數據管道量子位 報導 | 公眾號 QbitAI
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abc猜想，數學界懸而未決的重要猜想，它的證明過程經過8年的同行評審，終於要在期刊上發表了。
論文作者是日本的天才數學家望月新一，他33歲起就在京都大學擔任數學教授。
這一次望月新一的證明，全篇超過600頁，2012年就已發表，但足足經過了8年的同行評審才通過，期間開過多次研討會——但依然有很多數學家無法理解。
據說，這篇論文全球只有十幾位數學家深入研究了證明過程。
許多數學家根本無法指出證明過程是對是錯，因為根本看不懂。
4月3日，日本京都大學召開了新聞發布會，宣布望月新一證明了它。包括Nature等在內的權威科學傳媒組織，也這一重要進展進行了報導。
望月新一沒有出席昨天的發布會，他的另外兩位同事說，當他知道自己的論文被接收，終於鬆了一口氣。多年來他從未在公眾場合露面。
但也不是沒有爭議，因為當初接收論文的期刊——日本的PRIMS，主編正是望月新一本人。
如果他的證明是正確的，那麼將徹底改變數論。
同時也正因為如此，才有了學界長達8年的爭論。
什麼是abc猜想？abc猜想，最初由法國數學家約瑟夫·奧斯特萊和大衛·馬瑟，在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。
只是和哥德巴赫猜想不同的是，向大眾說明abc猜想本身，就是一個複雜的過程。
大概如下：
有三個互質正整數a、b、c，且c=a+b。所謂互質，即它們的最大公約數是1。
因此8 + 9 = 17、5 + 16 = 21是符合條件的一組數字，但是6 + 9 = 15不是。
接著，我們把abc的質因數都提取出來，比如5、16、21的質因數是5、2、3、7，這些質因數相乘的結果為210，這個數比原來的三個數大得多。
又比如5、27、32，它們的質因數是5、3、2，相乘結果為30，就比32小。
但第二種情形極為罕見。如果a和b都是小於100的數，我們能找到3044個符合條件的abc組合，其中只有7組滿足第二種情形。
而abc猜想要證明的，就是符合第二種情形的abc組合，只有有限個。
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
費馬大定理迎刃而解在人類短期內沒法證明的abc猜想的情況下，科學家們想到了一個辦法，就是用計算機暴力解決，從小到大依次尋找符合abc猜想第二種情形的組合。
由此衍生出了一個分布式計算項目ABC@Home，就是通過全球各地的電腦窮舉計算符合abc猜想條件的三元數組。到2014年5月，人們已經驗證了2380萬個組合。
雖然有無限個例子或反例不能解決abc猜想，但是數學家希望借著該計劃發現的三元數組的分布模式。
之所以花費大量計算資源去驗證，是因為abc猜想在數學界有著重要意義。
和黎曼猜想一樣，很多數學領域後續的一些假設都依賴於前者。如果前者得到證明，後者就能輕易得出。
abc猜想的形式是a+b=c，著名的費馬大定理形式是xn+yn=zn，二者非常相似，實際上二者也是強關聯。
如果abc猜想為真，那麼費馬大定理也可以輕鬆證明。
當年費馬一句「空白太小寫不下證明」，讓這一問題從1637年一直拖到1995年才得以解決。
而通過abc猜想來證明費馬大定理的方法，真的能讓空白處就能寫下證明過程。
所以望月新一這一次，真的做到了嗎？
證明過程極具爭議望月新一發表了4篇論文來證明這一猜想，他把自己的研究成果叫做「宇宙際Teichmuller理論」。
按照望月新一的說法，該理論是用於橢圓曲線數字場的Teichmuller理論的算術版本，裡面包含了像霍奇劇院（Hodge theaters）這樣奇怪的名字。
望月新一的理論並未得到學界廣泛認同，600多頁的證明被來自德國波恩大學的兩位德高望重的數學家質疑。
2018年菲爾茲獎得主、馬普所數學研究所所長Peter Scholze說：「我認為abc猜想仍未解決，任何人都有機會證明這一點。」
Scholze和他的同事Jakob Stix還曾發表一篇報告，指出在望月新一第三篇論文中「推論3.12」證明過程從根本上來說是有缺陷的。
而該推論對abc猜想的證明至關重要。
和其他部分引理的證明不同，3.12的證明尤其長，總共有9頁。Scholze認為這9頁證明達到了根本無法遵循邏輯的地步。
Scholze在2018年到京都大學進行了為期一周的訪問，與望月新一探討了這個問題，但雙方誰也說服不了誰。
Scholze說：「我認為，除非望月新一進行一些非常實質性的修改，並更好地解釋這一關鍵步驟，否則不應該將其視為證明。」
「我真的沒有看到一個使我們更接近abc猜想證明的關鍵思想」，Scholze還補充道。
望月新一的論文也引起了陶哲軒的關注，在當年論文發表的第一時間，陶哲軒就在個人博客中談到的自己看法，並給出了另一種啟發式證明方法。
望月新一研究領域並不是陶哲軒的擅長，所以他之後一直迴避對此評論。
這篇論文被期刊接收，並不是abc猜想的終點，也無法讓數學家站到望月新一這一邊，新的爭論還會繼續下去。
關於望月新一最後，簡單介紹一下這位日本天才數學家。
望月新一，1969年出生於日本東京都，5歲隨父母前往紐約，16歲就進入普林斯頓大學，3年讀完本科，23歲獲得博士學位，33歲成為京都大學教授。
他現在是京都大學數理解析研究所教授。研究數論，包括算術幾何，霍奇理論和遠阿貝爾幾何。
有意思的是，還有人曾猜測，望月新一就是比特幣發明人「中本聰」。
不過這種猜測的疑點很多，因為比特幣用到的密碼學不是望月新一的研究方向，而且他作為一個純粹的數學家，對現實世界的問題也不太關心。
最後的最後，如果你對望月新一這一abc猜想證明有其他看法，也歡迎告訴我們。
參考資料：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-00998-2
https://www.quantamagazine.org/titans-of-mathematics-clash-over-epic-proof-of-abc-conjecture-20180920/
https://futurism.com/the-byte/mathematicians-shocked-paper-published
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