159年的數學難題就這樣搞定了?並沒有

2020-12-15 騰訊大浙網

這幾天,社交網站被「黎曼猜想」刷屏了。這個猜想和證明如此之難,普通人無法理解,反而激發了圍觀熱情。

著名數學家麥可·阿蒂亞爵士前幾天發出預告(詳見快報22日第10版),當地時間昨日上午9時45分至10時30分(北京時間15時45分至16時30分),他在德國海德堡獲獎者論壇(HLF)演講,公布他對黎曼猜想的證明。他的演講,引發了一次空前的數學科普。

簡單全新的證明? 同行:不要再討論了

HLF成立於2013年,每年一次的論壇,為數學家和計算機科學家提供交流平臺。HLF說,阿蒂亞稱會給出一個「簡單」且「全新」的證明方法。

阿蒂亞演講前,一份5頁論文在網上瘋傳。論文說,他希望理解量子力學中的無量綱常數——精細結構常數,這是最初動機,在這過程中發展出來的數學方法,可以理解黎曼猜想——也就是說,這是順帶的成果。

他是昨天第二位演講嘉賓。看視頻的人太多,直播崩潰,只好用手機恢復直播。

他提出了一個簡單思路,推演過程結合了馮·諾依曼的算子理論、希策布魯赫創立並證明的代數簇黎曼-羅赫定理,還應用了Todd函數參與計算,這個函數將是證明黎曼猜想的核心。

阿蒂亞並未做出證明的全部工作,最後是就自己的未竟事業向數學界後輩提出建議。

似乎並不出乎意料,學者們並不看好他。演講後,許多人在社交媒體激烈討論。

有學者認為這或許為後續黎曼猜想證明提供了一種新思路,但質疑更多。有人認為他「廉頗老矣」,有人認為他此前的論文已顯頹勢。還有同行說,尊重這位偉大的數學家,就不要再討論了,他的證明「連錯誤都不是」。

「一個尚未從震驚和迷惘中恢復的讀者」看了後解釋說:

「證明太短,有點失望。他用了反證法。若有一個零點實部在0和1之間,但不在1/2線上,就可以此零點為一個頂點,作一個關於1/2線對稱的矩形。然後由t函數的性質,可得到在整個矩形內黎曼函數都為零。這是不可能的,故由反證法得證。由於用了反證法,需要選擇公理,所以算是一個小瑕疵。不過作者自己也說,他認為黎曼假設更一般的形式,是哥德爾意義下的不可證。」

阿蒂亞的證明,有待數學界進一步評估。

阿蒂亞

阿蒂亞是誰?

有人稱他「數學媒人」

阿蒂亞1929年4月22日出生於英國倫敦,今年89歲了。他是當今最偉大的數學家之一,背了一大堆榮譽,是英國皇家學會會長、愛丁堡皇家學會前會長、劍橋大學三一學院院長,曾被授予爵士封號。他是菲爾茲獎和阿貝爾獎的雙料得主。

菲爾茲獎、阿貝爾獎、沃爾夫獎是數學界三大獎,得一個就非常了不起了。

《量子雜誌》2016年的文章認為,叫阿蒂亞「數學教皇」,不如叫他「數學媒人」。他前半生建立了數學不同方向之間的紐帶,後半生建立了數學和物理之間的橋梁。

他最廣為人知的成就是1963年與麻省理工學院的伊薩多·辛格一起提出的「阿蒂亞-辛格指標定理」——將分析與拓撲學聯繫起來,這一聯繫在數學和物理領域中都有非常重要的應用。

他晚年仍致力於解決大問題,嘗試編織量子力學和萬有引力之間的聯繫。

黎曼

黎曼是誰?

愛因斯坦多虧了他

黎曼1826年出生於德國小鎮布列斯倫茨,從小體弱多病,是個數學神童。

19歲,他進入哥廷根大學攻讀神學。他聽了些數學講座,遇到了比他大50歲的數學界大神高斯。

高斯與阿基米德、牛頓、歐拉並稱人類史上數學四傑。他建議黎曼轉專業。徵得父親同意,黎曼轉到柏林大學攻讀數學。他的博士論文也是高斯審讀的,吝於稱讚的高斯說他「具有燦爛豐富的創造力」。

黎曼的成就有多高?舉個例子:他1851年提出的「黎曼幾何」,為愛因斯坦1916年發表的廣義相對論奠定了數學基礎。

他還寫過關於熱、光、磁、氣體理論、流體力學及聲學方面的論文,是對衝擊波作數學處理的第一個人。他二十出頭提出了「統一場論」這個超前想法。

黎曼40歲就在貧病中去世。

「黎曼猜想」是什麼?

簡單說,就是根據一個重要的數學公式,能夠畫出無窮多個點。黎曼猜測說,這些點有一定的排列規律,一部分在一條橫線上,另一部分則在一條豎線上,所有點都在這兩條直線上排列,無一例外。

點有無窮多,理論上沒辦法全部驗證。但只要找到一個點不在線上,黎曼猜想就推翻了。

最新成果是已驗證了15億個點,全部符合,只是無人給出完整的理論證明。

黎曼猜想有多重要?

對現實生活……沒啥影響

杭二中老校友、《黎曼猜想漫談》作者盧昌海說,現在數學界有超過一千條數學命題,是以黎曼猜想的成立為前提的,黎曼猜想如果被證明,那麼數學上幾乎一夜之間就可以增添一千多條定理。如果黎曼猜想被證偽,那麼估計那一千多條中有一些也就不會成立了。所以在純數學上,反方面的影響也比較大。

昨天,快報記者也就此採訪了浙江大學數學系研究院博導齊治。

齊治說,據他了解,這1000個數學命題都比較專業。黎曼猜想很難證明,但數學界一般認為它是成立的。阿蒂亞老先生的證明方式還有待業界評估。

近日還有個說法,黎曼猜想有關素數的分布規律一旦被證明,可能會影響到銀行加密算法。齊治說,據他所知,基本的加密方式是給定一個極大數值。破解則是一個分解質因數的過程,如果不知道質因數本身,那麼破解過程仍然是非常複雜的。黎曼猜想被證明,對這方面幾乎沒什麼影響。人類已知數據已經非常龐大,即使黎曼猜想被證明,對現實生活的影響也不會很大。

盧昌海也認為,對現實應用來說,目前並沒有什麼特別的影響,主要是對純數學。

證明它有多不容易?

它是最難賺到的100萬

1978年,報告文學作家徐遲發表了《哥德巴赫猜想》,講述中國數學家陳景潤的故事(在這一猜想的論證中,陳景潤取得了迄今最出色的成果)。從此,「哥德巴赫猜想」成了中國家喻戶曉的名詞。

數學界有很多這類猜想和假設,比如費馬猜想、四色猜想、龐加萊猜想等等,這三個猜想目前已證畢。

1900年8月8日,德國數學家戴維·希爾伯特在巴黎第二屆國際數學家大會上,提出新世紀數學家應當努力解決的23個數學難題。2000年5月24日,美國克雷數學研究所又提出7個「千禧難題」,還開出了每題100萬美元的懸賞。規則是,任何一個猜想的解答,發表在知名數學期刊上,經過兩年驗證期和專家小組審核,就能得到100萬美元。

兩個難題目錄中,只有黎曼猜想是重複的,它是「純數學領域最重要的問題之一」,來自黎曼159年前的論文《論小於給定數值的素數個數》。

證明它被數學界戲稱為「最難賺到的100萬美元的方式」。

證錯了怎麼辦?

89歲老人的冒險勇氣

159年以來,無數頂尖的數學家都試圖挑戰黎曼猜想,前赴後繼,也有不少人曾宣稱證明了黎曼猜想。最有名的是美國數學家約翰·納什。

納什也是著名經濟學家,博弈論創始人,1994年諾貝爾經濟學獎得主,《美麗心靈》男主角就是以他為原型的。他證明黎曼猜想的過程中,患了精神分裂症。

這兩天在數學界還有一個炸彈:日本數學家望月新一的ABC猜想證明,可能有問題。

數論領域,還有個叫ABC猜想的難題,是英法兩個數學家1985年提出的。2012年,日本京都大學數學家望月新一宣布證明了。但幾天前兩個德國數學家發表文章說,望月新一的證明論文存在「無法修復的漏洞」,ABC猜想仍是猜想。

阿蒂亞在過去幾年,不止一次宣稱解決了非常難的數學難題,或大幅簡化了非常難的解決方案,但這些論文或宣稱,被發現有錯誤。他已獲得大量獎項,是最接近「大滿貫」的數學家之一,成就非凡,「證明黎曼猜想,你會名聲大噪。但如果你已出名, 你就會冒著聲名狼藉的危險。」他為什麼還要冒險,不怕「晚節不保」?

阿蒂亞說:「我已得到自己所需的全部獎項,還有什麼可失去的?這就是我為什麼會冒年輕研究者不準備冒的險。」

這就是這位89歲老人的勇氣。

中國科學技術大學數學系教授歐陽毅說,看來我們只好等待下一位勇士。

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