正文

費(fèi)爾馬最后的定理(4)

難以企及的人物 作者:蔡天新


 

數(shù)學(xué)家們奉行的保密原則起始于古希臘,早在公元前6世紀(jì),神秘主義哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯就嚴(yán)格禁止他的弟子們把數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)泄密給外人,否則會招來殺身之禍。畢達(dá)哥拉斯意識到從音樂的和聲到行星的軌道,一切事物均含有數(shù),他因此宣稱“萬物皆數(shù)”,他創(chuàng)造的“數(shù)學(xué)”這個詞的希臘文原意便是“可以學(xué)到的知識”。畢氏學(xué)派最有意味的發(fā)現(xiàn)之一是所謂的“畢達(dá)哥拉斯定理”,即直角三角形的兩個直角邊長的平方和等于斜邊長的平方和。雖然中國人和巴比倫人發(fā)現(xiàn)這個秘密比希臘人要早得多,可是他們都沒能給出證明。

畢達(dá)哥拉斯不僅予以嚴(yán)格的證明,并且從這個幾何問題中提煉出有關(guān)整數(shù)的方程(后人稱此類方程為丟番圖方程),即如何將一個平方數(shù)寫成兩個平方數(shù)之和。他探討了滿足這個方程的所有三元數(shù)組,其中最小的一組當(dāng)然是(3,4,5)。在丟番圖的《算術(shù)》里,這個問題的編號是第八,正是在靠近問題八的頁邊上,費(fèi)爾馬寫下了下面這段文字:“不可能將一個立方數(shù)寫成兩個立方數(shù)之和,或者,將一個四次冪寫成兩個四次冪之和,總之,不可能將一個高于二次的冪寫成兩個同次冪的數(shù)之和?!?/p>

在這個評注的后面,這位好惡作劇的遁世者又草草地寫下一個附加的注中之注:“對此命題我有一個非常美妙的證明,可惜此處的空白太小,寫不下來?!彪S著克萊蒙-塞繆爾所編的書的出版,這個問題在后來的三百多年間聞名于世,同時也苦惱了一代又一代最有智慧的頭腦,包括歐拉和柯西這樣偉大的數(shù)學(xué)家都曾經(jīng)全身心地投入并栽了跟頭。為此,法國科學(xué)院在19世紀(jì)中葉設(shè)立了第一筆獎金,結(jié)果卻給了對法國懷有仇恨的德國人庫默爾,他的工作說明了證明費(fèi)爾馬大定理的希望非常渺小。

在庫默爾去世十五年以后,另一位德國人保羅·沃爾夫斯凱爾為破譯費(fèi)爾馬的謎語注入了新的活力。保羅出生在殷富人家,雖然他的一生大部分時間花在經(jīng)商上,卻始終對數(shù)論有著特別的迷戀。有一天晚上,保羅因?yàn)橐晃黄僚缘碾x去準(zhǔn)備自殺,卻因?yàn)殚喿x費(fèi)爾馬問題的經(jīng)典文獻(xiàn)入了迷,錯過了與死神約會的時間。可以說,是“費(fèi)爾馬最后的定理”重新喚起了他生命的欲望,為此他后來立下遺囑,用十萬馬克(約合現(xiàn)在的一百萬英鎊)獎給第一個證明它的人。

最后,在上個世紀(jì)行將結(jié)束之際,在費(fèi)爾馬的其他問題和評注全部解決之后,一位叫安德魯·懷爾斯的沉默寡言的英國人,澄清了這個歷史疑案,領(lǐng)走了那份誘人的獎金。其時懷爾斯受聘于美國的普林斯頓大學(xué),可他卻返回祖國,在母校劍橋大學(xué)的艾薩克·牛頓研究所宣布這一結(jié)果,這似乎是對當(dāng)年目空一切的費(fèi)爾馬的一個有禮貌的回敬。雖然懷爾斯的這個證明不久以后被發(fā)現(xiàn)有問題,但是經(jīng)過他兩年的不懈努力,尤其是得到一位叫泰勒的同胞的幫助以后,漏洞終于被徹底地修補(bǔ)好了。

懷爾斯是個幸運(yùn)兒,他實(shí)際上證明的是以兩位日本數(shù)學(xué)家名字命名的谷山-志村猜想,后者可以直接導(dǎo)出費(fèi)爾馬大定理,這種內(nèi)在的聯(lián)系僅僅是在十年前才由一位德國數(shù)學(xué)家提出,而后由一位美國數(shù)學(xué)家證實(shí)的。假如完成這兩項(xiàng)工作的時間互換一下,即先證明谷山-志村猜想,再證明猜想和大定理之間的遞推關(guān)系,那份至高的榮譽(yù)就落在那個美國人頭上了。值得一提的是,谷山和志村在而立之年就提出了猜想,他們屬于日本戰(zhàn)后最富創(chuàng)造力的一代,雖然所受的教育并不完整。1958年,年僅三十一歲的谷山在寓所里自殺,他的遺囑表明,他對自己的生活失去了信心,他至死都不知道自己工作的偉大意義。

懷爾斯的證明動用了現(xiàn)代數(shù)學(xué)許多最深刻的結(jié)果和方法,這些工作中的相當(dāng)一部分都是受“費(fèi)爾馬最后的定理”的刺激發(fā)展起來的?,F(xiàn)在,這只下金蛋的雞終于被宰吃了,數(shù)學(xué)家們需要多少個世紀(jì)才能重新找回,無人能夠做出預(yù)測。當(dāng)這條驚人的消息從劍橋傳出,我正在香港大學(xué)參加一個國際學(xué)術(shù)會議,當(dāng)代最偉大的數(shù)論學(xué)家之一、挪威出生的美國人賽爾伯格剛做完了一次特邀報告,他念叨著那位年輕的普林斯頓同事的名字,臉上露出一絲難言的笑容。四十多年前,賽爾貝格因?yàn)橛贸醯确椒ㄗC明了“素數(shù)定理”獲得菲爾茲獎,現(xiàn)在他終于要徹底退休了。1

自從牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分以后,數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值越來越為人們所知,數(shù)學(xué)家們被迫去從事一些新領(lǐng)域的研究,這些領(lǐng)域包括從粒子物理到生命科學(xué)、從航空技術(shù)到地質(zhì)勘探等幾乎一切應(yīng)用學(xué)科。與此同時,在這個越來越講究實(shí)際的時代,以費(fèi)爾馬畢生鐘愛的數(shù)論為代表的純粹數(shù)學(xué)逐漸不為人重視?;蛟S是害怕被人冷落,數(shù)學(xué)家們每隔一段時間會炮制出一條特大新聞,費(fèi)爾馬的頭像上了《紐約時報》的頭版頭條。在“費(fèi)爾馬最后的定理”之后,數(shù)學(xué)寶庫里還有黎曼猜想、哥德巴赫猜想和孿生素數(shù)猜想,還有畢達(dá)哥拉斯時代遺留下來的完美數(shù)和友好數(shù)問題。這些問題或猜想有的難度更大,有的歷史更久,可是就傳奇色彩來說,卻沒有一個比得上“費(fèi)爾馬最后的定理”。


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