就在昨天(9月20日),菲尔兹和阿贝尔奖双料得主迈克尔·阿蒂亚宣称自己证明了黎曼猜想,并且要在9月24日海德堡获奖者论坛上宣讲!黎曼猜想大概是今天纯数学领域最重要的问题,因为它涉及到质数的总体规律。历史上很多宣称证明的都失败了,所以目前为止,大家都抱着吃瓜的心态等着24日的到来……那么今天,我们就好好吃一吃瓜,八一八那些年关于黎曼猜想的十五个八卦!
黎曼猜想,顾名思义是黎曼提出来的。黎曼是一位19世纪的德国数学家,英年早逝只活了39岁,但却是古往今来最伟大的数学家之一,甚至为后来爱因斯坦的广义相对论奠定了数学基础。
黎曼家里贫困,体弱多病,还特别害羞。父亲是牧师,本来也想让他做牧师的,但是他的中学校长发现他在数学上更有潜力,鼓励他学数学。据说,校长曾经送了他一本很重要很难懂的数学专著,长达859页。六天之后,黎曼把书还了回去,说“我看懂了,这本书确实非常精彩。”这一年黎曼14岁。
黎曼最大的贡献是在几何学,有一个标志性的事情就是他1854年为了获得哥廷根大学讲师席位而做的一场几何学演讲。因为听演讲的很多是学校的行政官员,所以他全程只用了一个数学公式,但即便如此,听众里也只有一个人完全听懂了他在说什么,这个人叫高斯,就是你可能听过的那个小时候就能几秒钟之内从1加到100的高斯。
黎曼是感染了肺结核死的,那个时候肺结核没有好的治疗方法,只能去温暖的地方疗养,效果非常有限。黎曼去了三次意大利,都没有好转,最终死在意大利,死前最后一天还在研究数学。他死后将近一百年,人类才终于找到战胜肺结核的办法。
黎曼猜想是什么呢?用最最简单的话说,根据一个重要的数学公式,能画出很多很多个点,实际上有无穷多个这样的点。黎曼猜测说,这些点有一部分排成一条横线,另一部分排成一条竖线,所有这些点都在这两条线上,没有一个漏网的。
为什么叫猜想呢?因为黎曼拿不出足够强的证据来说服别人。在数学上,对证据的要求是很严格的,连一丝一毫的不确定性都不能有。所以在数学上要把一个猜想变成一个证明,是非常非常困难的事情。
因为这样的点有无穷多个,所以你没有办法一一验证是不是所有的点都在线上,永远验证不完。但是,只要你找到一个点不在线上,那就把黎曼猜想推翻了。到1936年为止,数学家手动验证了1041个,全部符合。后来数学家开始使用计算机,如今已经验证了10万亿个,也全都符合。
有一个伟大的数学家叫希尔伯特,他在1900年曾经列出过一套数学未解之谜,一共23道题,认为它们是当时数学界最重要的问题。其中,黎曼猜想又是最重要的问题之一。如今,这些问题有9个已经完全解决,9个获得了部分解决,2个问题提得过于宽泛而谈不上是否解决,只剩下3个没解决,黎曼猜想就是其中之一。
希尔伯特曾经说,如果我现在沉睡过去、1000年之后醒过来,我的第一个问题就是黎曼猜想有没有解决。
希尔伯特曾经有一个学生试图证明黎曼猜想,失败了,但那篇论文的想法深深吸引了他。第二年这个学生不幸去世,希尔伯特要求在葬礼上做一个演说。那天风雨交加,希尔伯特致辞说这样的天才这么早离开我们真是太可惜了,台下亲朋好友哭做一团,然后他继续说,尽管他的证明有错,但按照这条路线是有可能成功的,实际上,让我们考虑一个单变量的复函数……(喂,不要在葬礼上做数学演讲!)
另一个大数学家哈代也很喜欢黎曼猜想。他曾经写过自己的人生目标是:1、证明黎曼猜想;2、攀登珠穆朗玛;3、刺杀墨索里尼;4、证明上帝不存在。结果他一个都没有完成。
有一次哈代坐船过英吉利海峡,那天暴风肆虐,他很担心船沉了,于是临出发前给朋友拍了一个电报,说我已经解决了黎曼猜想,等到了目的地给你写结果。他的理由是,证明黎曼猜想太重要了,所以上帝是不会让他半路就死的……
有一个数学研究所叫克雷研究所,2000年的时候他们给七道数学未解之谜分别给出了100万美元的悬赏,其中一道题就是证明黎曼猜想。如今18年过去了,7道题只有1道解决,黎曼猜想还是没能攻克。
黎曼猜想如果是真的话,那它将会是一个特别好用的数学结论。所以一百多年来,数学家已经假定它是真的,在此基础上导出了成百上千的命题。因此,如果黎曼猜想被证实,那么大家都能松一口气;但如果它被证伪,那麻烦可就大了。
不过,数学家已经努力了一百多年都没能解决这个问题,所以一旦有人真正解决了它,不管是证实还是证伪,那他肯定是想到了什么前所未有的办法,很可能这个方法本身要比黎曼猜想更加重要,更能推动数学的进步。