等了159年,Atiyah今天宣布他證實了黎曼猜想

2021-01-11 鎂客網

每一種證明思路都將進一步推進這一理論的發展,以及對其他學科的滲透。

剛剛,在德國召開的海德堡獲獎者論壇演講上,菲爾茲和阿貝爾獎雙料得主麥可·阿蒂亞爵士在45分鐘中的演講中,用40分鐘介紹了黎曼猜想,僅用五分鐘,憑藉1張ppt,從量子力學中的概念出發,給出了他對159年裡懸而未決的黎曼猜想的證明。

對此,眾說紛紜,數學界也尚未有進一步的評論給出。

通過量子力學證明,159年未解之謎得

麥可·阿蒂亞(Michael Atiyah,1929.4.22-), 主要研究領域為幾何,被譽為當代最偉大的數學家之一。於1966年榮獲菲爾茲獎,在2004年與辛格共同獲得阿貝爾獎。

圖 |麥可·阿蒂亞

不久之前,他提前公布了此次演講的摘要,稱:「黎曼猜想是1859年提出的著名問題,至今懸而未決。我會基於馮·諾依曼(1936)、希策布魯克(1954)和狄拉克(1928)的相關工作,給出一個使用全新方法的簡潔證明。」話語一出,在數學界裡引起了巨大的轟動。

今天上午,據稱是他的證明論文預印版被流出,短短五頁紙的長度與黎曼實現了隔空的遙相呼應,時隔159年,時代不同,但不變的是依然簡潔。

論文摘要中寫道,他希望理解量子力學中的無量綱常數——精細結構常數,並將此過程中發展出來的數學方法用於理解黎曼猜想。

圖 | TODD函數

在演講中,他拋出了自己定義的Todd函數,通過常數結構的解析,並利用反證法給出了證明思路,值得讚嘆的是,儘管演講時間只有四十五分鐘,他也沒有忘記向給過自己啟發的數學家們和物理學家們致敬。

同時,他也表示:「此次只是給出了思路,未來也還有很多事需要我們去做。」

黎曼猜想的起源

黎曼猜想的證明如此重要,不是因為它是數學史上僅有的價值「100萬美元」獎金的幾個難題之一,而是它的成果已經滲入幾何、代數、空間物理等眾多基礎科學研究中,從而足以撼動密碼體系、信號分析等諸多工程的基礎。

圖 | 波恩哈德·黎曼

但在1859年當選柏林科學院院士時,黎曼似乎對自己會帶來的驚人貢獻毫不自知。作為對這一崇高榮譽的回報,他提交了一篇《論小於給定數值的素數個數》的小論文,在這篇論文中,黎曼用一個簡短函數描述了一個數學家長期感興趣的話題——素數的分布問題。而這一論文就是黎曼猜想的發源地。

整篇論文只有八頁長,可想而知,黎曼的文字描述和證明過程十分簡潔精煉。要命的是,論文中多處出現的「證明從略」,即黎曼認為顯而易見的推理過程,有些花費了後世數學家們幾十年的努力才得以補全,而有些直到今天仍是空白。

但這並不能說明黎曼不嚴謹,畢竟事隔三百多年才被證明出來的費馬大定理,其提出者費馬也沒有意識到他給數學界留下了個多麼大的難題。在發現費馬大定理時,人們發現在公式的旁邊,他只留下了一句話:因為邊上沒有空白,所以證明就不寫了。

事實證明,數學家們也確實喜歡開這樣的「玩笑」,可查閱的資料表明,黎曼就更偏愛將自己的重大思考和疑問寫在給父親的信中。

黎曼猜想是什麼?

正如黎曼猜想起源的論文名一般,其重大意義就是利用了複分析解讀了素數分布定律。而被採用的這道大家早已熟知的函數公式,在黎曼的「點化」下,就像一道智慧之光,打通了數論和解析幾何在複分析領域的通道。自此,該函數公式就被正式定義為「黎曼zeta函數」。

圖 | 黎曼zeta函數

對於zeta函數,黎曼給出了這樣的猜想:

如果

且s不是實數,那麼一定存在某個實數y,使得

黎曼認為,這些零點有一定的排列規律,除了分布在橫軸上的零點(如4,2,-2,-4,等,被稱為「平凡零點」),所有的非平凡零點都集中在實部為1/2的直線上,無一例外。

基於已有的數論研究,在調整各種各樣的s值時,我們會發現,ζ(s)裡面合數項部分很容易就被質數項部分「吸收」了(任意合數可以分解為質數之和),而質數和質數的冪項則很難被消掉,往往會殘留下來。

而對於某些s,ζ(s)居然等於0,也就意味著質數都消解光了。這就說明質數裡面必然存在某種針對這個s的結構,而這就是一直被數學家們猜測探討的質數分布規律。

不難意識到,黎曼給出這裡的s值實部為1/2的結果,即分布在一條直線上,這幾乎等同於告訴大家,質數隨機分布在直線1/2上。

黎曼猜想被證明的重大意義

如大家所知,隨機分布因無規律可循,所以也是最為安全。因此,現階段的密碼學系統,包括新興的區塊鏈底層架構,都是基於質數分布的隨機性來構建和設計的,以確保一定的安全性。

除了對數論有著非常大的影響,物理、機械、信號等與頻率(複分析)有著密切聯繫的應用領域,都將會或多或少的受到這一證明過程的影響和啟發。

某種程度上,黎曼做的事情就是給後輩們指引一條極具意義的方向,而每一種證明思路都將進一步推進這一理論的發展,以及對其他學科的滲透。

附上網絡流出的 Atiyah論文圖,僅供參考:

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