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千年数学猜想“一朝破解”

2013-05-30  海风海风...

    世界三大数学猜想

    当整数n > 2时,关于x,y,z的不定方程 xn + yn = zn 无正整数解。

    这个定理由17世纪法国数学家费马提出,当时人们称之为“定理”,并不是真的相信费马已经证明了它。经过三个半世纪的努力,这一难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁·怀尔斯和他的学生理查·泰勒于1994年成功证明。证明利用了很多新的数学,包括代数几何中的椭圆曲线和模形式,以及伽罗华理论和Hecke代数等。而安德鲁·怀尔斯由于成功证明此定理,获得了1998年的菲尔兹奖特别奖以及2005年度邵逸夫奖的数学奖。

    四色定理

    四色猜想的提出来自英国。1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家都被着上不同的颜色。”这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试,可是研究工作没有进展。

    1872年,英国当时最著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出了这个问题,于是四色猜想成了世界数学界关注的问题。然而一百多年来都没有结果,直到电子计算机问世以后才出现转机。美国伊利诺大学哈肯在1970年着手改进“放电过程”,后与阿佩尔合作编制一个很好的程序。就在1976年6月,他们在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿个判断,终于完成了四色定理的证明,轰动了世界。

    哥德巴赫猜想

    1742年6月7日,德国数学家哥德巴赫在写给著名数学家欧拉的一封信中,提出了两个大胆的猜想:

    一、任何不小于4的偶数,都是两个质数之和(如:4=2+2);

    二、任何不小于7的奇数,都是三个质数之和(如:7=2+2+3)。

    这就是数学史上著名的“哥德巴赫猜想”。显然,第二个猜想是第一个猜想的推论。因此,只需在两个猜想中证明一个就足够了。

    1900年,20世纪最伟大的数学家希尔伯特,在国际数学会议上把“哥德巴赫猜想”列为23个数学难题之一。此后,20世纪的数学家们在世界范围内“联手”进攻“哥德巴赫猜想”堡垒,终于取得了辉煌的成果。

    1966年,中国著名数学家陈景润攻克了“1+2”,也就是:“任何一个足够大的偶数,都可以表示成两个数之和,而这两个数中的一个就是奇质数,另一个则是两个奇质数的积。”这个定理被世界数学界称为“陈氏定理”。

    综合《中国青年报》等报道

    他的影响将超过陈景润

    张益唐是个对数字“极其敏感”的人,他能把大学同班同学的出生日期背得“滚瓜烂熟”,并在每个人过生日时发去一封祝福邮件。

    同为恢复高考后北京大学数学系第一批学生,美国普渡大学数学系教授沈捷就享受过这样的“待遇”。但他发现,七八年前张益唐突然“消失”了。因为,从那时起,他再没收到过张的生日祝福,“给他发邮件也没再回过”。5月16日,张益唐的邮件突然来了,只有一个单词:“谢谢”。在接受记者采访时,沈捷回忆说,此前一天,他和夫人就张益唐在孪生素数方面取得的突破向他发去邮件道贺。5月14日,《自然》杂志在线报道张益唐证明了“存在无穷多个之差小于7000万的素数对”,这一研究随即被认为在孪生素数猜想这一终极数论问题上取得了重大突破,甚至有人认为其对学界的影响将超过陈景润的“1+2”证明。

    在此之前,“年近六旬”的张益唐在数学界可以说是个名不见经传的人。多年前曾与张益唐接触过的浙江大学数学系教授蔡天新也以为“他早从数学圈消失”了,蔡说已经“近30年没他的消息了”,没曾想“他突然向孪生素数猜想走近了一大步”。

    素数是指正因数只有1和本身即只能被自身和1整除的正整数,“孪生素数”则是指两个相差为2的素数,例如3和5,17和19等。而随着素数的增大,下一个素数离上一个素数应该越来越远,故古希腊数学家欧几里得猜想,存在无穷多对素数,他们只相差2,例如3和5,5和7,2003663613×2195000-1和2003663613×2195000+1等等。这就是所谓的孪生素数猜想,它与黎曼猜想、哥德巴赫猜想一样让无数数论学者为之着迷。

    数学家需要做的,是一个证明!

    然而,人们甚至不知道它的“弱形式”是否成立,用《数学文化》主编、香港浸会大学理学院院长汤涛的话说就是能不能找到一个正数,使得有无穷多对素数之差小于这个给定正数,在孪生素数猜想中,这个正数就是2。

    张益唐找到的正数是“7000万”。

    有人打了这样一个比方,张所做的工作,相当于1920年挪威的布朗证明了“9+9”,“开启”了哥德巴赫猜想的证明,接下来科学家们陆续证明了“7+7”、“6+6”……直到46年后的陈景润证明攻下离“1+1”一步之遥却或是最难的“1+2”。

    低调数学家只是“临时工”

    张益唐在北大的研究生导师、著名数学家潘承彪听闻这一消息后“十分高兴”,他随即给蔡天新发信并附上审稿人、美国科学院院士IWANICE的评价:证明无误、非常漂亮,相信不久会有很多人把“7000万”这个数字“变小”……根据加拿大滑铁卢大学统计与精算学系助理教授王若度的说法,世界顶级数学期刊《数学年刊》将准备接受张益唐作出证明的这篇文章,审稿人还评价“其证明是对的,并且是一流的数学工作”。

    学界沉浸在一场重大发现的狂欢中。

    与此同时,人们却惊讶地发现,除了这篇《自然》的报道,不管是通过哪种搜索引擎,都很难找到有关“张益唐”个人的信息。“张益唐,华人数学家。1978年进入北京大学数学科学学院攻读本科,1982年读硕,后在美国新罕布什尔大学任教”。5月15日,也就是自然杂志报道发出的第二天,不知在哪位网友的编撰下,这位被称作“一夜成名”的科学家有了这样的百科介绍。当天,北京大学官网证实了这一信息,并称“北大数学科学学院78级校友张益唐在孪生素数研究方面取得突破性进展,他证明了孪生素数猜想的一个弱化形式”。然而,针对张个人经历的介绍也是只言片语。很明显,张益唐从北大硕士研究生毕业,1992年在普渡攻读博士学位后,这位数学研究者去干了什么,则鲜为人知,甚至“连他现在是哪国国籍我都不知道”,沈捷说。这也被一些学者分析是“张益唐到目前仍然没有拿到美国大学终身教职”的原因。新罕布什尔大学向记者证实了张益唐的教职为“讲师”(lecturer),并已经在该校数学系待了将近十年”。

    美国的“讲师”说白了就是临时教学职位,“收入比起同资历教授(包括助理教授)差很多,教学任务也远远比教授们重。”王若度说,“从科研上来说,则是完全得不到任何支持。例如我所在的学校,讲师往往由不具有博士学位的教师来担任,教学任务是普通终身教职系统内教员的两三倍。”这意味着,张益唐的科研时间“很难得到保证”。

    “我其实是个害羞的人”

    “他就是执着于攻大难题,不肯干小的。”张益唐的另一名同班同学、著名作家王小东说,“我认为他是唯一一个数学天分比我高的同学。曾十分坎坷,现在终于有了成就!”这一点与沈捷的印象一致,他和大学时住在其隔壁宿舍的张益唐是“非常要好的朋友”。据他回忆,当时,不管是上课还是考试,年龄比他大4岁的张益唐总是“领先一截”,“他很爱自学,我们难题解不出来,都找他”。沈捷说,他虽然很有才华,但更靠自己的汗水,如果说一个天才做出这样一个成果,或许是碰巧,但他不一样,“他可是一直在做这个!”而且,“他读书很多,对历史很有见解”。

    至于经历上的“坎坷”,则是去美国以后的事了。沈捷回忆,在普渡大学攻读博士时,张益唐师从一位代数几何方面的华人学者,“他其实最感兴趣的还是‘纯数字’,就像数论,但他之所以选择这个专业,我猜想多半是因为出国前不太懂国外(在专业上)的安排。”沈捷说。然而,在作博士论文时,“不服输”的张益唐还是选择了被称作代数几何领域最难攻破的“雅克比猜想”。最终,他做出一个“结果”来,但“并未发表”。沈捷告诉记者,在他的印象里,张益唐最终拿到了普渡大学的博士学位,但博士论文“因为自己不满意而没有发表”。那年是1992年,是沈捷眼中张益唐最难熬的一段时间,“找工作四处碰壁,就因为没做出短期的好成果来”。当时,包括王小东、沈捷在内的同班同学还知道的一件事是,曾任他们数学系主任的著名数学家丁石孙“非常看重张益唐”,并“力邀他回北大”,但张最终还是没回来。

    沈捷后来了解,“有人说他是要面子,我觉得他是不甘心,自己觉得没做成一些成绩就回国,太不甘心。”

    “我其实是个害羞的人。”张益唐说。

    孪生素数猜想,与黎曼猜想、哥德巴赫猜想一样让无数数论学者为之着迷。破译这一猜想的数学家张益唐原本是个很低调的人,甚至一度在同学视野里消失了七八年,直到最近英国《自然》杂志报道了他在这一终极数论问题上取得的重大突破,人们才开始关注这位美国大学的华人“讲师”。他极高的数学天分、在美国遭遇的各种坎坷和用汗水取得的成就,如今都成为业界津津乐道的话题。

    张益唐所做的工作,相当于1920年挪威的布朗证明了“9+9”,“开启”了哥德巴赫猜想的证明。他的同学、美国教授沈捷评价说“这可以说是华人数学家有史以来证明最好的结果。”

    张益唐

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