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黎曼猜想:證明它,你將會(huì)不朽;否定它,后果很嚴(yán)重!
關(guān)鍵字: 黎曼猜想2018年9月24日,在年度海德堡獲獎(jiǎng)?wù)哒搲?,菲爾茲?jiǎng)和阿貝爾獎(jiǎng)雙料得主阿蒂亞爵士的宣講引爆了數(shù)學(xué)圈。他聲稱自己證明了久負(fù)盛名的黎曼猜想(又稱黎曼假設(shè))。
一個(gè)傳說(shuō)
不知從何時(shí)起,一個(gè)傳說(shuō)悄然出現(xiàn)——誰(shuí)若能證明黎曼猜想,誰(shuí)將會(huì)不朽——不僅是抽象意義上的永垂青史,而且有實(shí)際意義上的長(zhǎng)生不老!阿蒂亞爵士現(xiàn)年89歲,看上去正是這一傳說(shuō)的佐證。
另一個(gè)佐證來(lái)自兩位數(shù)學(xué)家阿達(dá)馬和瓦萊·普桑。1896年,他們各自獨(dú)立地證明了一個(gè)比黎曼猜想稍弱的推論——素?cái)?shù)定理。果然,阿達(dá)馬活到了98歲,瓦萊·普桑活到了96歲。
出生于波蘭的數(shù)學(xué)家歐德里茲科提出了另一個(gè)說(shuō)法,那就是:誰(shuí)若否定了黎曼猜想,誰(shuí)就會(huì)going to die。歐德里茲科甚至開(kāi)玩笑說(shuō),其實(shí)黎曼猜想已經(jīng)被否定了,只不過(guò)那個(gè)倒霉蛋沒(méi)來(lái)得及發(fā)表文章就已死去。
一位大師
黎曼猜想是什么?它為何有如此巨大的魔力?這一切,還要從猜想的提出者黎曼說(shuō)起。
1826年9月17日,伯恩哈德·黎曼出生于漢諾威王國(guó)東部的布雷斯倫茨村。直到14歲,黎曼才開(kāi)始接受正規(guī)學(xué)校教育,之前都是身為牧師的父親在教他。
20歲那年,黎曼被格丁根大學(xué)神學(xué)院錄取,準(zhǔn)備子承父業(yè)。但在旁聽(tīng)了大數(shù)學(xué)家高斯的課后,黎曼向父親坦承,他對(duì)數(shù)學(xué)的興趣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了神學(xué)。慈祥的父親同意他以數(shù)學(xué)為職業(yè)。自此,黎曼逐漸成為了一名數(shù)學(xué)家;之后,世上才有了黎曼幾何、黎曼空間、黎曼積分……以及,黎曼猜想。
1847年,黎曼轉(zhuǎn)到柏林大學(xué)學(xué)習(xí)。兩年后,他回到格丁根大學(xué)攻讀博士。又過(guò)了兩年,他提交了一篇關(guān)于復(fù)變函數(shù)的論文,拿到博士學(xué)位?,F(xiàn)在,他的博士論文被當(dāng)作19世紀(jì)數(shù)學(xué)的經(jīng)典。但在當(dāng)時(shí),該論文卻并未引起除高斯外其他數(shù)學(xué)家的關(guān)注,也許是因?yàn)槠渌枷胩傲税伞?
1854年,黎曼成為格丁根大學(xué)的講師,1857年成為副教授,1859年升任正教授。同年8月,他被柏林科學(xué)院任命為通訊院士。對(duì)于年輕的數(shù)學(xué)家來(lái)說(shuō),這是一個(gè)崇高的榮譽(yù)。按照慣例,新院士要向科學(xué)院提交一篇新論文。于是,黎曼提交了一篇題為“論小于一個(gè)給定值的素?cái)?shù)個(gè)數(shù)”的論文。在論文中,黎曼附帶提出了一個(gè)猜想。從此以后,數(shù)學(xué)變得和以前不一樣了。
一個(gè)猜想
黎曼猜想的具體表述是:有一個(gè)特定的函數(shù)(后人稱之為黎曼ζ函數(shù)),除了一些比較普通的負(fù)偶整數(shù)零點(diǎn)外,它的其余非平凡零點(diǎn)的實(shí)部都是1/2。就是這個(gè)猜想,讓后世數(shù)學(xué)家如癡如醉,寢食難安。
對(duì)于非數(shù)學(xué)專業(yè)的人來(lái)說(shuō),只需要知道黎曼猜想關(guān)注的是素?cái)?shù)分布問(wèn)題即可,因?yàn)橄肱靼姿_實(shí)很困難。素?cái)?shù),就是只能被1和它本身整除的正整數(shù),如2、3、5、7、11等。人們發(fā)現(xiàn),幾乎無(wú)法根據(jù)分布規(guī)律來(lái)尋找非常大的素?cái)?shù),它們看上去是隨機(jī)出現(xiàn)的……真的是這樣嗎?黎曼覺(jué)得不是,他對(duì)此展開(kāi)了研究,并把成果寫進(jìn)了1859年的論文中。
1900年8月8日,大數(shù)學(xué)家希爾伯特在第二屆世界數(shù)學(xué)家大會(huì)上作了一個(gè)著名的演講,提出了23個(gè)數(shù)學(xué)難題,黎曼猜想位列第8個(gè)。依賴于素?cái)?shù)特性的現(xiàn)代密碼編制術(shù)和破譯術(shù),其根基在于黎曼猜想。甚至原子物理學(xué)也以尚未被完全了解的方式與這個(gè)猜想扯上了關(guān)系……
2000年5月,美國(guó)克萊數(shù)學(xué)促進(jìn)會(huì)宣布,對(duì)七大懸而未決的數(shù)學(xué)難題以每個(gè)100萬(wàn)美元的賞格尋求解答。這七大難題以“千年難題”著稱,它們都是在當(dāng)今數(shù)學(xué)領(lǐng)域中最難以攻克且具最重要意義的問(wèn)題。不出所料,黎曼猜想再次入選。
一些軼事
黎曼猜想看起來(lái)是成立的,但是它的成立,需要一個(gè)證明。150多年來(lái),不知有多少數(shù)學(xué)家對(duì)黎曼猜想陷入迷戀狀態(tài)。
有人曾經(jīng)問(wèn)希爾伯特,如果500年后能重回人間,他最希望了解的事情是什么?希爾伯特回答說(shuō):“我想知道,黎曼猜想解決了沒(méi)有?!?
美國(guó)數(shù)學(xué)家蒙哥馬利則表示,如果有魔鬼答應(yīng)讓數(shù)學(xué)家用自己的靈魂來(lái)?yè)Q取一個(gè)數(shù)學(xué)命題的證明,多數(shù)數(shù)學(xué)家將會(huì)選擇黎曼猜想。
英國(guó)數(shù)學(xué)家哈代在一次從丹麥回英國(guó)的途中,碰巧遇到暴風(fēng)肆虐。他很擔(dān)心小船會(huì)沉沒(méi),于是在上船前給朋友寄了一張明信片,上面寫道:“我證明了黎曼猜想。” 如果哈代不幸遇難,因死無(wú)對(duì)證,后世將無(wú)法否認(rèn)(當(dāng)然也沒(méi)法確認(rèn))他真的證明了黎曼猜想。然而,上帝不想讓他有這樣大的榮耀,所以沒(méi)有讓這條船沉沒(méi)。
大部分凝聚黎曼心血和洞見(jiàn)的手稿在他1866年去世后被管家付諸一炬,從此人們失去了近距離了解黎曼的機(jī)會(huì),也讓他卓絕非凡的智慧結(jié)晶失去了傳承。黎曼的妻子僥幸搶救出一小部分手稿,并把它們贈(zèng)送給了黎曼的生前好友戴德金。這些殘留的珍貴手稿,最后由戴德金獻(xiàn)給了格丁根大學(xué)圖書(shū)館。
1932年,德國(guó)數(shù)學(xué)家西格爾在對(duì)黎曼遺稿進(jìn)行深入研究時(shí)發(fā)現(xiàn)了黎曼當(dāng)年隨手寫下的公式,這個(gè)公式今天被稱為黎曼—西格爾公式。這個(gè)被意外發(fā)現(xiàn)的公式,大大加速了黎曼ζ函數(shù)零點(diǎn)的計(jì)算工作。截至2000年底,數(shù)學(xué)家已經(jīng)計(jì)算了50億個(gè)零點(diǎn),全部符合黎曼猜想。
計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父圖靈也被黎曼猜想深深吸引。1937年,他認(rèn)定黎曼猜想不成立,于是野心勃勃地想建造一個(gè)計(jì)算裝置來(lái)生成一個(gè)反例。他向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)申請(qǐng)了一筆款子,并在他所任教的劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院親自動(dòng)手加工了一些齒輪。由于第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā),圖靈的工作只能被迫中斷……圖靈去世時(shí)只有42歲,難道真的印證了歐德里茲科的說(shuō)法?
在當(dāng)今數(shù)學(xué)文獻(xiàn)中,已有超過(guò)一千條數(shù)學(xué)命題以黎曼猜想(或其推廣形式)的成立為前提。這意味著:如果黎曼猜想被證明,所有那些數(shù)學(xué)命題就全都榮升為定理;如果黎曼猜想被否證,則那些數(shù)學(xué)命題中起碼有一部分將成為陪葬。
目前,阿蒂亞爵士的證明尚未經(jīng)過(guò)同行審議。有些學(xué)者對(duì)其推演過(guò)程存疑,也有些學(xué)者對(duì)其證明方式質(zhì)疑。種種跡象表明,黎曼猜想貌似并未被完全證明,大家都還有機(jī)會(huì)。
有一本書(shū),用非數(shù)學(xué)專業(yè)人員能夠理解的淺顯方式,向世人展示了這個(gè)偉大的猜想,以及嘗試解決它所需要的幾乎全部數(shù)學(xué)知識(shí)。為了不朽和百萬(wàn)美元,你要不要……先搞一本《素?cái)?shù)之戀》看看?
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- 責(zé)任編輯:陳軒甫
- 最后更新: 2018-10-16 16:27:27
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