这道像是奥数题的“填色问题”,至今无人能解决。如果给平面上所有的点都赋予一个颜色,那么至少需要多少种颜色才能保证存在一种着色方法,使得任意两个距离为1的点不同色?这个问题被称为Hadwiger-Nelson问题,它也经常被描述为寻找平面的“色彩数”。Hadwiger-Nelson问题在70年前最早被提出,但是至今我们也不知道最少需要多少种颜色。首先,让我们看一下使用有限多种颜色可以做到什么。
我们可以像这样覆盖整个平面,但是这满足相距为1的点涂不同颜色的规则吗?通过合适的构造,我们可以确定色彩数的上限是7,但是我们都可以找到更小的色彩数吗?容易看出,色彩数一定大于1,在平面上放置一个点并把它涂成蓝色。因为平面是无限延伸的,所以一定可以找到一个距离P点为1的点。Q点需要另一种颜色,我们把它涂成红色。因此,平面的色彩数至少是2,那么,两种颜色是足够的吗?
这表明色彩数至少是3,有一个办法可以证明这个数至少是4。作为总结,我们知道色彩数至少是4,最大是7。在接近60年的时间内,这是我们关于这个问题所知道一切,直到Aubrey de Grey在2018年4月发表了他的工作。就像Moser纺锤利用7个点证明需要至少四种颜色那样,Grey利用1581个点证明了四种颜色也是不够用的,就像上图显示的那样。
但是不同的是,这不能直接看出来,事实上,证明过程借助了计算机的帮助。借助Grey的发现,我们发现色彩数至少是5。结合之前的论证,色彩数一定是5、6、7中的一个,但是我们并不知道是哪一个。毫无疑问,Grey让我们距离这个答案的最终结果又更近一步。我们能发现最终的答案吗?