冲击数学史上最重要谜题:日本设立100万美元悬赏,找人给这篇全世界不到10人能懂的论文挑错

作者: Manon Bischoff

来源: 科研圈

发布日期: 2023-08-07 22:32:06

日本科技信息公司DWANGO的创始人川上量生设立100万美元奖金,悬赏能从望月新一的500页数学论文中找到漏洞的人。望月新一的论文涉及数学领域最重要的谜题之一——abc猜想,但因其复杂性和独特风格,至今未被大多数数论学家接受。川上量生的奖金旨在激励更多人在这一领域进行研究,并解决abc猜想是否成立的问题。

一家日本科技媒体公司的创始人发起大额奖金悬赏,奖励能从一份数学“天书”中找到漏洞的人。对于数论学家来说,2012年就像坐过山车一样。日本京都大学著名数学家望月新一在这一年发表了对该领域最重要且悬而未决的谜题之一——abc猜想的证明。但狂欢很快就幻灭了:望月新一花了20年时间独自做出了长达500多页的全新形式的证明,需要其他专家来解读。在过去的十年里,这些专家一直咬牙切齿地研究这份“天书”。

甚至开了几次学术会议也无法确定abc猜想的证明是否成立。为了改变这一现状,日本科技信息公司DWANGO的创始人川上量生设立了一项100万美元的奖金,准备奖励给第一个写出论文,找到望月新一证明中固有缺陷的人。乍一看,abc猜想似乎简单得“人畜无害”。它涉及两个自然数a和b,以及它们的和a + b = c。

正如数论中常见的那样,该猜想涉及能被一个给定的数字——数学家称之为素除子(prime divisor)——整除的素数。任何数字都可以表示为素数的乘积,例如15是3 x 5,324是2^2 x 3^4。324是“富数”的一个例子,因为它有许多相等的素除子(2出现了两次,3出现了四次)。如此“丰富”的数字实属罕见。更罕见的是,两个富数之和又是富数。

这种不寻常的现象就是数学家Joseph Oesterlé和David Masser在1985年提出的abc猜想。这个猜想给出了一个衡量两个数之和有多“丰富”的方法。该猜想的特别之处在于它结合了自然数的可加性和可乘性。因为方程a + b = c很简单,所以与之相关的问题很多。

例如,费马大定理(Fermat’s theorem)涉及a^n + b^n = c^n形式的解,该定理让数学家们困扰了350多年。20世纪90年代中期,数学家Andrew Wiles证明了当n>2时,这个简单的方程对a、b或c都没有整数解。但如果abc猜想成立,费马大定理就更容易解释了。该猜想还将解决数论中的一些悬而未决的问题,并可能成为数论领域的重要工具,尤其是当与椭圆曲线的概念相结合时。

500页证明中的一个错误?因此,在望月新一的成果发表后,相当多的数论学家对其进行了抨击也就不足为奇了。这位日本数学家已经取得了重大成就。但他原本为了证明abc猜想而建立的“宇宙际Teichmüller理论”(inter-universal Teichmüller theory, IUT),充斥着一页又一页的定义和定理,这些定理的证明通常只是简单地写着:“证明来自定义”。

这种不寻常的风格总共延续了约500页,和他曾经另外一份500页的作品一脉相承。这位数学家也没有让他的同事们好过:他拒绝在国外发表他的研究结果,因此关于这个主题的几次学术会议他都没有参加。2018年,故事终于迎来了高潮,刚刚获得菲尔兹奖的德国数学家Peter Scholze和他的同事Jakob Stix发表了论文《为什么ABC仍然只是一个猜想》。

在这篇文章中,他们声称在望月新一的证明中发现了“严重”的问题。Scholze和Stix甚至曾在2018年3月前往日本与望月新一讨论此事。但三人未能达成共识。对于Stix和Scholze来说,证明中的含糊之处仍然存在,而望月新一则声称,他的两位同行将实际上不同的对象等同起来,从而得出了错误的结论。

2021年,当望月新一的证明论文以修订版的形式出现在京都大学的数学期刊《数理解析研究所论文集》上时,进一步的争议出现了,望月新一本人是该杂志的主编。这一举动本身并不罕见:数学家经常在他们担任编辑的期刊上发表他们的研究成果。重要的是,这些学者不参与对自己论文的同行评审。然而,Scholze坚持认为,证据是不完整的。

百万美元奖金的动机因此,尽管望月新一发表了最新的论文,但大多数数论学家仍然无法认同他的证明。尽管望月新一享有盛誉,但该领域的共识表明,他的论点并不能证明abc猜想,这意味着a + b = c之谜仍然悬而未决。为了消除这种不确定性,日本科技信息公司DWANGO(niconico网站的母公司)创始人川上量生开始了他的行动。

根据英国媒体《新科学家》最近报道称,虽然他本人不是数学家,但川上量生认为IUT理论对数学界做出了重要贡献。2023年6月,川上宣布将在未来十年内每年选拔一篇在望月新一的IUT理论方面取得重大进展的论文,向其作者颁发2万至10万美元的奖金。该论文将由一个IUT理论专家小组进行评选,首次颁奖预计于2024年进行。另一方面,如果有发现这一理论存在严重缺陷,将获得100万美元。

川上将自行决定哪篇经过了同行评审的出版物获得该奖项。他在最近的一次新闻发布会上解释说,他提供这笔奖金是为了激励更多的人在这一领域进行研究。日本东京工业大学名誉教授、数学家加藤文元告诉《新科学家》杂志,据他估计,世界上熟悉IUT理论的人不到10人。因此,川上的努力是否会取得成果以及abc猜想是否会得到解决,还有待观察。

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