數學猜想的意義所在

2020-12-03 中國日報網

中國日報網10月31日電 最近全球有多名學者聲稱證明了黎曼假設,而黎曼假設是當今世界最著名、最重要的數學猜想。不少專家學者認為,這一猜想一旦被證明成立,它將對數學乃至科學的發展有重要的推動作用。可以說,數學猜想是推動科學發展的強大動力之一。

數學猜想(或稱猜測、假設、問題等),非一般的猜想或遊戲。它是根據已知條件的數學原理對未知的量及其關係的似真推斷,它既有邏輯的成分,又含有非邏輯的成分,因此它具有一定的科學性和很大程度的假定性。這樣的假定性命題是否正確,尚需通過驗證和論證。雖然數學猜想的結論不一定正確,但它作為一種創造性的思維活動,是科學發現的一種重要方法。

數學猜想由前提和結論兩部分組成。它以已有的部分事實和正確的數學知識(公理、定理、公式等)為前提,以在前提的基礎上作出的假定性的判斷為結論。它可分為存在性猜想(比如費馬猜想),狀態性猜想(比如龐加萊猜想),關係型猜想(比如哥德巴赫猜想),方法型猜想(比如四色問題)等。

數學猜想是以一定的數學事實為根據,包含著以數學事實作為基礎的可貴的想像成分;沒有數學事實作根據,隨心所欲地胡猜亂想得到的命題不能稱之為「數學猜想」。數學猜想通常是應用類比、分析、歸納等方法提出的,或者是在靈感中、直覺中閃現出來的。例如,中國著名學者周海中根據已知的梅森素數及其排列,巧妙地運用聯繫觀察法和不完全歸納法,於1992年正式提出了梅森素數分布的重要猜想(即「周氏猜測」);這是一個頗具突破性的數學猜想。

數學猜想是猜想者運用分析、綜合、演繹尤其是類比、歸納等科學發現的思維方法,通過對數學對象和客觀現象的洞察而預測新的數學事實與規律。創新性是其重要特徵,沒有創新,就談不上數學猜想,創新是數學猜想的靈魂。數學猜想的創新性表現於揭示新的數學事實、預見新的數學規律。可見創新性是數學猜想的一大特點。

破解數學猜想,是最智慧的頭腦所進行的最艱難、最深入的探索。探索就是在確定性之外尋求人們還不了解的領域和事實,探索的武器和工具是思維創新、方法創新、理論創新;創新需要改變舊的思維方式、方法,突破固有的理論觀點。例如,2018年9月,英國著名學者麥可·阿蒂亞在破解黎曼假設的過程中引入了一個新的函數(即「Todd函數」),並運用了物理學中精細結構常數α;這是一種頗具創新性的研究方法。

數學猜想有的被驗證為正確的(如費馬猜想、卡塔蘭猜想、龐加萊猜想等),並轉化為定理,匯入數學理論體系之中;有的被驗證為錯誤的(如梅森猜想、歐拉猜想、馮·諾伊曼猜想等);還有一些正在驗證過程中(如黎曼假設、傑波夫猜想、孿生素數猜想、哥德巴赫猜想等)。可以說,數學猜想的解決對於數學發展所帶來的影響,不僅在於猜想本身的被證明或證否,解決數學猜想過程中所採用的創新研究方法,也是數學發展的重大影響因子。

數學猜想一般都是經過對大量事實的觀察、驗證、類比、歸納、概括等而提出來的。這種從特殊到一般,從個性中發現共性的方法是數學研究的重要動力。數學猜想的提出與研究,生動地體現了辯證法在數學中的應用,極大地推動了數學方法論的研究。

此外,數學猜想往往成為數學發展水平的一項重要標誌,它的探究會帶來新的數學內容,也會誘導出一些新的猜想。例如:費馬猜想產生了代數數論中的核心概念「理想數」;龐加萊猜想有助於人們更好地研究三維空間;哥德巴赫猜想促進了篩法和圓法的發展,尤其是發現了殆素數、例外集合、小變量的三素數定理等;四色問題通過電子計算機得以解決,從而開闢了機器證明的新時代;黎曼假設不僅使素數定理得以證明,還使1000多個數學命題(以黎曼假設成立為前提)得以提出;瑞典著名學者哈拉爾德·克拉梅爾在1936年探究傑波夫猜想時,進一步提出了更為深刻的猜想。從這個意義上講,數學猜想不僅是一顆顆「璀璨豔麗的寶石」,而且是一隻只「能生金蛋的母雞」。

數學猜想成千上萬。年年都有不少猜想被提出,也有不少猜想被破解。還有一些重量級的猜想,讓數學家們絞盡腦汁,但迄今尚未被破解;要想破解它們,不僅需要紮實的數學基礎、過人的思維能力和頑強的拼搏精神,還需要對前人所做的種種嘗試有一系統了解。

學術界有個說法:全世界適合去攻克重要數學猜想的人不超過100個,那都是具有百分百天賦的數學家。許多數學猜想看似簡單易懂,一般人都能理解,但實則內涵深邃無比,不可輕易觸碰,盲目求解;否則就會做「無用功」,甚至浪費生命。

眾所周知,數學是研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科;它既是關於已知的,又是關於未知的。數學猜想架起了從已知到未知的橋梁;而破解數學猜想,正是數學家們一直在追求的目標。最後,讓我們借用德國著名數學家大衛·希爾伯特的一句名言來結束本文:「我們必須知道,我們必將知道。」

(編譯:唐國強 編輯:王旭泉)

相關焦點

  • 黎曼猜想的重要意義
    黎曼猜想的重要意義2017-08-25 09:25 來源: 科普中國-科學原理一點通這兩次數學會議均在巴黎召開,遙相呼應,但最為引人矚目的共同之處是,兩次會議所列出的最為重要的數學難題當中,只有一個是相同的,那就是黎曼猜想,這足以說明它的重要性是許多科學家所公認的,而且它已被克雷數學研究所列為世界黃金問題之一。 為什麼黎曼猜想如此重要? 黎曼猜想在數學界如此重要,是因為它很艱深嗎?
  • 黎曼猜想和哥德巴赫猜想齊名,證明後至少有1000條數學定理成立
    黎曼猜想和哥德巴赫猜想齊名,也是數學皇冠上的明珠,無數數學家為之魂牽夢繞。把它證明出來,至少有1000條數學定理成立,這已經成了數學家的使命。一個世紀後,美國克雷數學研究所提出了7大猜想,這就是著名的世界七大數學難題,解決一個難題能獲得100萬美元的獎金,所以數學家們都在為之努力。
  • 數學:從猜想開始
    阿蒂亞表示,他是基於馮·諾依曼、希策布魯赫和狄拉克等人的成果,使用一種簡單而全新的方法證明了黎曼猜想的。但是有人對此持有懷疑態度。姑且把黎曼猜想放到懸而未決的一類中。) 即使使用非常簡化的語言來描述,黎曼猜想對沒有一定數學基礎的讀者來說仍然不易理解。
  • 數學猜想:數學獨特魅力的一種體現
    它可分為存在型猜想(如「費馬猜想」),狀態型猜想(如「龐加萊猜想」),關係型猜想(如「哥德巴赫猜想」),方法型猜想(如「四色問題」)等。數學猜想是以一定的數學事實為根據,包含著以數學事實作為基礎的可貴的想像成分;沒有數學事實作根據,隨心所欲地胡猜亂想得到的命題不能稱之為「數學猜想」。
  • 龐加萊猜想的數學江湖
    電話響了,那一端是晨興數學中心的李小凝。當年,他曾是陳景潤的秘書。如今,是晨興中心的辦公室主任。「丘成桐先生想要宣布,兩名中國數學家完全破解了世界著名的數學難題龐加萊猜想。你能不能幫個忙,過來一下?」…………2006年,中國數學史上,註定是一個有紀念意義的年份。
  • 數學猜想的羅生門
    一位數學史家曾經如此形容1854年出生的亨利·龐加萊(Henri Poincare):「有些人仿佛生下來就是為了證明天才的存在似的,每次看到亨利,我就會聽見這個惱人的聲音在我耳邊響起。」龐加萊作為數學家的偉大,並不完全在於他解決了多少問題,而在於他曾經提出過許多具有開創意義、奠基性的大問題。龐加萊猜想,就是其中的一個。
  • 陳景潤研究哥德巴赫猜想有何意義?
    30年前,陳景潤是國內有名的科學明星,他將哥德巴赫猜想證明到了1+2,即大偶數可以表示為一個質數與不超過兩個質數乘積之和的形式。這項成果到目前也是最接近哥德巴赫猜想最終結果1+1的證明。哥德巴赫猜想是數論中的一道著名題目,數論是研究數的規律及性質的一門數學分支,目前看數論是非常基礎的數學,除了基本的運算,在技術領域很少用到數論知識,也很少用到質數的分布。在自然科學領域同樣也很少用到這些。這並不意味著數論不重要,研究數的數學分支,從某種意義上說可以是最基礎最重要的數學部分。
  • 如果黎曼猜想被證明將會有何意義
    科普之家    人們在證明黎曼猜想歷程中的探索,以及這種探索的意義,無論最終能否證明,都將顯示不朽的價值。  黎曼猜想困擾數學界159年  1859年,德國數學家黎曼發表了《論小於已知數的素數個數》論文。
  • 「破解」黎曼猜想:數學中沒有「不可知」
    有人說, 「數學界將出大事,黎曼猜想已被證明!」但也有媒體十分謹慎,提醒人們別開心得太早。有一種觀點甚至認為: 「黎曼猜想」的後面是史詩級災難,並稱 「真正的恐懼來了!這一則數學猜想的破解可能會毀滅所有的數字貨幣!」  為何一則數學猜想能引發如此強烈的關注?  人們也自然要問:黎曼是誰?什麼是 「黎曼猜想」?它的意義何在?
  • 現代數學七大難題之一——黎曼猜想
    從某種意義上講,它們在數論中的地位類似於物理世界中用以構築萬物的原子。質數的定義簡單得可以在中學甚至小學課上進行講授,但它們的分布卻奧妙得異乎尋常,數學家們付出了極大的心力,卻迄今仍未能徹底了解。黎曼論文的一個重大的成果,就是發現了質數分布的奧秘完全蘊藏在一個特殊的函數之中,尤其是使那個函數取值為零的一系列特殊的點對質數分布的細緻規律有著決定性的影響。
  • 數學難題「abc猜想」封印終被開啟|abc猜想|數學|望月新一|京都...
    問道數學|美麗思考4 月 3 日,日媒京都新聞報導,日本京都大學數理分析研究所教授望月新一(Shinichi Mochizuki)對於數論難題「abc 猜想」的證明近日將正式發表。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。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。
  • 數學猜想:推動科學發展的強大動力之一
    對於數學猜想之於數學發展的作用,德國數學家和物理學家卡爾·高斯有言:「若無某種大膽果敢的猜想,一般是不可能有知識進展的。」數學知識的進展往往會促進科學的發展,乃至喚起科學的革命。可以說,數學猜想是推動科學發展的強大動力之一。數學猜想是根據已知條件的數學原理對未知的量及其關係的似真推斷,它既有邏輯的成分,又含有非邏輯的成分,因此它具有一定的科學性和很大程度的假定性。
  • 世界七大數學難題之一 中國科學家破解龐加萊猜想
    據新華社北京6月3日電國際數學界關註上百年的重大難題——龐加萊猜想,近日被科學家完全破解。哈佛大學教授、著名數學家丘成桐3日在中國科學院晨興數學研究中心宣布,在美、俄等國科學家的工作基礎上,中山大學朱熹平教授和旅美數學家、清華大學兼職教授曹懷東已經徹底證明了這一猜想。
  • 龐加萊猜想被證實 中國科學家破解百年數學難題
    中新網6月4日電 國際數學界關註上百年的重大難題——龐加萊猜想,近日被科學家完全破解。據新華網報導,哈佛大學教授、著名數學家、菲爾茲獎得主丘成桐3日在中國科學院晨興數學研究中心宣布,在美、俄等國科學家的工作基礎上,中山大學朱熹平教授和旅美數學家、清華大學兼職教授曹懷東已經徹底證明了這一猜想。
  • 黎曼猜想比哥德巴赫猜想還重要:500年也難解決
    與費爾馬猜想時隔三個半世紀以上才被解決,哥德巴赫猜想歷經兩個半世紀以上屹立不倒相比,黎曼猜想只有一個半世紀的紀錄還差得很遠,但它在數學上的重要性要遠遠超過這兩個大眾知名度更高的猜想
  • 一分鐘看懂黎曼猜想及其被證明的意義
    一分鐘看懂黎曼猜想及其被證明的意義 李倩 發表於 2018-10-16 17:40:26 一分鐘看懂黎曼猜想及其被證明的意義 「黎曼猜想」 是數學界迄今最重要的猜想之一
  • 困擾數學界159年的黎曼猜想被證明 會有什麼意義
    但這也離證明黎曼猜想差得太遠。假如黎曼猜想被證明,網際網路安全或受衝擊現在阿蒂亞宣布能證明黎曼猜想,就必然有其獨到的見解和發現,是與非當然要留給專業人員來解讀和判斷。能否證明黎曼猜想固然非常重要,而且可能還會一直爭論不休。但或許更重要的是,人們在證明黎曼猜想歷程中的探索,以及這種探索的意義,無論最終能證明與否,都將顯示不朽的價值。
  • 黎曼猜想被證明了?很可能只是逗大家玩-數學,黎曼猜想 ——快科技...
    ,算數意義上不收斂。s=2時,級數收斂於π2/6。等等。當s的取值為複數s=x+iy時,它會把複平面上的點s(x,iy)映射到另一點s'(x',iy')。我們注意到這個級數要求s的實部大於1(x>1),否則這個級數不收斂,也就沒有我們熟悉的數值和結果。
  • 中國破解百年數學難題 成就比哥德巴赫猜想重要
    據新華社電 國際數學界關註上百年的重大難題——龐加萊猜想,近日被科學家完全破解。哈佛大學教授、著名數學家、菲爾茲獎得主丘成桐3日在中國科學院晨興數學研究中心宣布,在美、俄等國科學家的工作基礎上,中山大學朱熹平教授和旅美數學家、清華大學兼職教授曹懷東已經徹底證明了這一猜想。
  • 【學術風暴】從黎曼猜想看數學難題的前生今世
    從黎曼猜想看數學難題的前生今世上一期學術君帶大家了解了世界級數學難題黎曼猜想以及阿蒂亞爵士證明黎曼猜想的事件始末。今天,繼續和學術君一起來透過黎曼猜想,看一看歷史上那些名聲斐然的數學猜想吧!,其實史上和質數有關的數學猜想中還有「哥德巴赫猜想」。