费马大定理:被智者孕育的金蛋 知乎小说
1955 年的一个夏天,有个男人伫立在百叶窗下许久,手里的刊例已经被他攥得微微变了形。
许久,他深吸了一口气并缓缓地说出:「让我们就在这里结束吧。」
这个男人叫怀尔斯,他手中的刊例正是《数学年刊》第 14 卷上最新的两篇文章——《模形椭圆曲线和费马大定理》与《某些赫克代数的环理论性质》。
当他说出这句话的时候,就意味着「费马大定理」这只被几世纪的智者接力孕育的金蛋终于被孵化了。
说到这场战役,不得不提它的发起人,出生在法国南部图卢兹附近的一位名为费马的人。
这场接力战役的枪声最早就是由这位「民科」躲在鼠疫肆虐的法国审判庭里打响的。
费马的父亲在当地开了一家大皮革商店,并且拥有着相当丰厚的产业。所以费马从小生活环境都相当的富裕和舒适。
但是他并没有因为家境的富裕而产生多少优越感。
相反,他是一个矛盾的人。明明生性孤僻,却又希望流芳百世;明明自命不凡,却又习惯谨小慎微;他热衷挑衅,出了事却只会一味躲避。
费马热爱数学,他对数学严谨又痴迷。他做起题来滴水不漏,论证逻辑也有条不紊。
但他却听了父亲的话考了公务员,并且当上了一名大法官。
这在当时也算是一件光耀门楣的大喜事。可这个法官却没有做到尽职尽责地为人民服务,反而因为他对数学的痴迷出现了多次的「冤假错案」。
这样的「不负责任」也体现在他作为「民科」的方面,他有一个极大的毛病:不提供任何相应证明,令人看了云里雾里,心痒难耐。
比如说,他写出一个推导结论后会在草稿上说出「我可以证明这个结论,但现在我必须去喂猫了。」「我可以证明这一点,但我要去洗头了。」「我能证明这个公式,但我必须要去遛弯了。」诸如此类令后代数学家抓狂的话。
同时代的不少人都恨极了费马的这种姿态,如近代哲学奠基人、数学家笛卡尔就对此愤怒不已,嘲讽费马是个「牛皮匠」。
而这个「牛皮匠」还真的不是浪得虚名。
1637 年的某天,他就以玩世不恭的姿态向世界吹了一个最大的牛。
那天午后,在自家小院里翻动着丢番图著作《算术》的费马,突发奇想地对书中的毕达哥拉斯定理 x² y²=z² 进行了推广:
x³ y³=z³
x⁴ y⁴=z⁴
......
他发现毕达哥拉斯公式存在着无穷的正整数解,但稍微把公式改一下,就找不出一个正整数解。
由此,费马大胆地提出了一个猜想: xⁿ yⁿ=zⁿ,对于大于 2 的整数 n 没有正整数解。
而这个猜想具体如何证明,费马没有给出。
他依旧延续「不负责任」的做派,在那本《算术》的空白处留下了一句世纪名言:「对此我已经找到了一个绝妙的证明方法,只不过此书空白处太小,我写不下,就不写了。」
没想到的是,费马懒得动笔的小事,日后竟困扰了人类 358 年。
此后,这个猜想就像一只会下金蛋的鹅,一直从 17 世纪孵到了 20 世纪,直接贯穿了人类近现代数学史,并成功地为「民科」费马赢得了「业余数学家之王」的称号。
费马猜想犹如塞壬之歌一般,蛊惑着各路数学高手争相出手,谁知,就是这一小小猜想,证明了 100 年也没有答案。
对此,18 世纪的数学巨人欧拉产生了极大的兴趣。
于是,他把对费马猜想的证明提上了自己的人生日程。
天才一出手,就知有没有。
很快,欧拉发现了一条隐藏在费马注记里的线索,即无穷递降法。
其以无穷递降法为出发点,成功证明了 n-3 时不存在正整数解,却无法证明此结论对任何指数 n 都适用。
好在欧拉已取得首次突破,需要继续做的是证明下面的无限多个方程没有正整数解:
x⁴ y⁴ =z⁴
x⁶ y⁶=z⁶
x⁷ y⁷=z⁷
······
然而,数学家们取得的进展非常缓慢。
直到 19 世纪初,女数学家热尔曼冒险突破时代的性别束缚,才让费马猜想重新活跃了起来。
热尔曼证明了当 n 和 2n 1 都是素数时,费马猜想的反例 x,y,z 至少有一个是 n 的整倍数。
在此基础上,1825 年,德国数学家狄利克雷证明了 n=5 时费马猜想成立。
紧接着,1839 年,法国数学家拉梅对热尔曼方法做了进一步改进,并证明了 n=7 的情形。
继欧拉之后,人类终于证明在 n=5 和 n=7 的情况下,费马猜想是成立的。
1847 年是令人兴奋的一年,拉梅和柯西两位数学家向科学院递交了盖章密封的信封。
他们默契地借助了「唯一因子分解」的性质,即对于给定一个数,只有一种可能的素数组合,它们乘起来等于该数。
例如,对于数 18 来说,唯一的素数组合是 18=2x3x3。
正当他们认为自己已经完整地证明了费马猜想的时候,很快被另一个数学家库默尔泼了一盆冷水。
库默尔发现了其中一个致命的缺陷,虽然唯一因子分解对实数是正确的,但引进虚数后它就不一定成立了。
拉梅和柯西最终惨败,这是一个黑暗的时刻,因为刚刚亮起的曙光又熄灭了。
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