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【疯狂数学家】库默尔:他用一封信,“炸”了整个法国科学院

 襄子的箱子 2021-11-24
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这是【疯狂的智人】第 019 篇文章
疯狂的数学家】第 019 篇文章

恩斯特·爱德华·库默尔是继高斯之后又一位伟大的德国数学家,1810年1月29日出生于德意志地区的索劳,今天这地方属于波兰。

库默尔的父亲是一名乡村医生,当他还是一个孩子的时候,法国军队入侵了他的家乡,并带去了斑疹伤寒。父亲在这之后不久就去世了,当时库默尔只有3岁。这段经历使库默尔的内心受到了极大的震撼,他在长大后就一直努力避免家乡再次受到侵袭,因此一读完大学就跑去研究炮弹曲线问题。后来他在柏林大学教授弹道学,他的学生们在后来普法战争的时候一雪前耻,大败法军。

库默尔对法国的情感也是强烈的,他成了一个“极端”的爱国主义者。实际上,当时的德国人对法国的情感有时是互相矛盾的,时而羡慕,时而嫉妒,时而仇视。

由于库默尔的父亲很早的时候就去世了,因此他小时候的生活很贫苦。他还有一个哥哥,兄弟俩由母亲一手拉扯大,想必生活极其不易。

库默尔18岁的时候,母亲将他送到了哈雷大学学习神学,神学在欧洲,一直以来就是贫苦家孩子的去处。由于他家穷,他无法住宿,只好走读,每天背着书包来回跑。

哈雷大学的数学教授舍克将库默尔从神学中拯救了出来,将数学的美妙带给了他。库默尔在21岁时就获得了博士学位。本来是要留校的,但当时大学里还没有位子,于是他只好去曾经读过的中学教书。

库默尔无疑是一个抽象的数学天才,他最大的贡献在于证明费马大定理上。关于费马大定理,简单来讲,就是要证明“当n>2且为整数时,则方程x^n+y^n=z^n无整数解,其中xyz均不为0。”

老数学家勒让德和德国数学家狄利克雷已经分别证明了当n=5的时候是成立的,拉梅则证明了,当n=7的时候,费马大定理也同样成立。

或许是当时性情急躁的法国人等不及了吧,法国科学院于在1847年3月1日设立了一堆奖项,包括金质奖章和3000法郎的奖金,以奖励能最终揭开费马大定理的神秘面纱的数学家。

这无疑是吸引了当时的各大武林高手。拉梅和柯西在暗暗较劲,他们相继发表了自己的证明,但很遗憾,并不完美。

一直到5月24日,刘维尔宣读了一封信件,震惊了当时的所有人。没错,这封信就是库默尔写的,或许他就是想让这帮可恶的法国佬惊讶一下。

当时的库默尔虽然在教自己的德国学生弹道学,但对法国科学院的事知道得一清二楚。他指出,无论是拉梅还是柯西,都犯了一个逻辑错误。或许在写到这的时候,库默尔会冷冷地一笑,以嘲笑那些该死的法国佬。

根据库默尔的说法,拉梅和柯西的证明都要借助一种叫“唯一因子分解”的性质。唯一因子分解指的是,对于给定的一个数,只有一种可能的素数组合,它们的乘积等于这个给定的数。举个例子,比如说6,它只有一种组合,也就是2*3,其中,2和3都是质数。另外,看一下18,则可以因式分解成2*3*3,其中,2和3也是质数,这种拆分只有一种。

▲ 算术基本定理(唯一因子分解)

唯一因子分解也叫算术基本定理,已经被证明是正确的了,因此被称为定理。但是问题来了,它有个前提条件,也就是对于一切自然数都适用。而拉梅和柯西在用这个定理的时候,竟然用了虚数,那么这个定理是否还适用,就需要重新证明,否则就像欧几里得的平面几何定理,用到了非欧几何上,岂不滑稽?

如果涉及到虚数,那么这么因子分解就不是唯一的了,我们以6为例,6除了可以写成2*3之外,还可以写成(1+根号-5)(1-根号-5),这里,(1+根号-5)是一个复数,有实部,也有虚部。除此之外,6还可以写成(2+根号-4)(2-根号-4)。这也就意味着,唯一因子分解在涉及到虚数的时候,就不再是唯一了。

哼!库默尔用自己的逻辑,证明了法国佬的脑子太秀逗了。

有意思的是,当大家都看了库默尔的来信后,拉梅懊恼地垂下了头,感觉到非常羞耻,而柯西却还在和拉梅较劲,说自己的证明方法与拉梅的相比,对唯一因子分解的依赖程度较轻。


实际上,库默尔已经证明了,至少就当时来讲,要证明费马大定理是不可能的,因为缺少工具。

不过,库默尔在大定理上,也向前推了一大步,他发明了理想数这个概念。在刘维尔宣读了他的信几周之后,他寄来了一篇论文,这上面有他的一些证明,他对一大类素数证明了费马大定理,也就是所谓的正则素数。不要管正则素数是什么玩意儿,要解释起来比较复杂,只要将其当作是特殊的一类素数就行了。

▲ 理想数

什么?你连素数是什么都不知道?那这个可要解释一下了,所谓的素数,就是只能被1和其本身整除的数才叫素数,除了2以外的所有偶数都不算素数,而一些奇数,比如5,它是素数,但9就不是了,11是,13是,15就不是了。

1857年,法国科学院宣布了奖金去向,全文如下:“于数学科学大奖赛的报告。大奖赛设于1853年,结束于1856年。委员会发现提交参加竞赛的那些著作中,没有值得授予奖金的著作,故此建议科学院将奖金授予库默尔,以奖励他关于由单位根和整数构成之复数的卓越研究。科学院采纳了这一建议。”

尽管库默尔是个爱国主义者,但他对法国人的仇恨是理性。另外,在工作中,他是一个和蔼可亲的人,他帮助过成千上万的年轻人。在柏林大学或军事学院,他不仅是学生们的好老师,更是年轻人的好榜样。很多学生都非常感谢他的栽培。

据说,有一次,一位贫穷的年轻数学家患了天花,不得已回到家里休养。他走之后,很久都没有来信,库默尔一直将其放在心上,当他听说这位年轻人没有钱支付医疗费时,他就找到了这位学生的朋友,将一笔钱交给他,让他去看看。

在生活中,库默尔是一个低调的人,他人生的最后9年几乎是在退隐的状态下度过的。退休之后,他就放弃了数学,过着极其严格的隐居生活。

1893年,库默尔在患了一次流感后去世,享年83岁。

他的一家也是幸福的,他总共留下了9个孩子,不过关于他们,我们知之甚少。

下期:柯西

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