导演:西蒙·辛格 主演:Andrew Wiles Barry Mazur Kenneth Ribet
本片从证明(🐽)了费(📼)玛最后定理的安德鲁‧怀尔斯(🔱) Andrew Wiles开(kāi )始谈起(qǐ )(🗼),描述了 Fermat's Last Theorm 的历(🕯)史始末(💆),往前回溯(🚉)来看,1994年正是我在念大(dà )学(😻)的时(🖍)候,当时完全(quán )没有(yǒu )一(yī )(🔊)位教授在(🌙)课堂上提(tí )到这件事,也许他们认为,一位真正(㊗)的研究者,自(📙)然而然地会被数(shù )学吸(xī )引(yǐn ),然而对一(⛓)位不(bú )是天才(⛏)的学生(shēng )来说(shuō ),他需要的(😍)是老师(shī )的(de )指引,引导他走(zǒu )向更高深的专(👣)业(yè )(🗳)认知,而指引的道(🥊)路,就在科(🚗)普的(🦇)精(jīng )神上。
(🥋) (🤷)从(cóng )费玛最(zuì )(🌼)后定(💹)理的(🐩)历史中可以(🙎)发现(xiàn )(🎥),有许多(📧)研究(jiū )成果,都(dōu )是研究(📸)人员燃(👵)烧(♌)热情,试图提出「有趣」的命(mìng )题,然后再尝(cháng )试(🔥)用逻辑验证。
(👗)费(fèi )玛最(🚻)后定理:xn+yn=zn 当 n>2 时,不存在(zài )整(zhěng )(🧥)数解
1. 1963年 安德(🏡)鲁(lǔ )‧怀尔斯 Andrew Wiles被(bèi )(🏆)埃(āi )里克‧坦普尔‧贝(🍈)尔(ěr ) Eric Temple Bell 的一本书吸(xī )引(yǐn ),「最后问题 The Last Problem」,故事从这里开始。
2. 毕(🥖)达(⛄)哥拉斯(sī ) Pythagoras 定(dìng )理(🤟),任一个(gè )直角三角形(xíng ),斜边的平方(🥘)=另外(🚖)两(liǎng )边(🤖)的(♿)平(píng )方和(hé )
x2+y2=z2
(🐣)毕(🚹)达(dá )哥拉斯三元组(zǔ ):(🍑)毕氏定理的整数解(jiě )
3. 费玛 Fermat 在研究丢(diū )番图 Diophantus 的「算(suàn )数」第(dì )(🚇)2卷(juàn )的(de )问题8时,在页边写下了註记(🤮)
「不可能将一个立方数写(xiě )成两个立方(📜)数(🍀)之和(🚌);或者将一个(♈)四次幂写成两个(gè )四(sì )次幂之和;或(huò )者,总(🍶)的(de )来说,不(bú )可(kě )能将一(yī )个(gè )高於2次幂,写成两个同样次幂的(de )和。」
(😞) 「对这个命题我有一个十分美妙(🔹)的证(🚁)明,这里(🕰)空白太小(xiǎo ),写(xiě )不(bú )下。」
(😾)4. 1670年,费玛 Fermat的儿(ér )子出版了(le )载有(yǒu )Fermat註记(🚲)的「丢(diū )番图的算数」
5. 在Fermat的其他(👪)註记(jì )中,隐含了对 n=4 的(de )证(zhèng )明 => n=8, 12, 16, 20 ... 时无(wú )解
(🧛) 莱昂(áng )哈(hā )德‧欧拉(✒) Leonhard Euler 证明了(le ) n=3 时(🤛)无(wú )(🔓)解 => n=6, 9, 12, 15 ... 时(🍯)无解
3是(⏺)质数,现在只要证(zhèng )明费玛最(zuì )(🍮)后定理对於所有的(🥇)质数都(🤤)成立
但 欧基里德 证明「存(cún )在无穷多个质(🏞)数(📴)」
(📒) (🌕)6. 1776年(nián ) 索菲‧热尔(ěr )曼 针对(😆) (2p+1)的质数(👊),证明了(🐀) 费(🅰)玛最后定理(lǐ ) "大(🌺)概" 无解
7. 1825年 古斯塔(⛴)夫‧勒(lè )瑞-狄利克雷 和 阿(ā )(🍼)得(🐼)利昂-玛(🍉)利埃‧勒(lè )让德 延(yán )伸热尔(🕶)曼的(🌁)证(zhèng )明(🚿),证明了 n=5 无解
8. 1839年 加布里尔‧拉梅 Gabriel Lame 证明了 n=7 无解
9. 1847年 拉梅(méi )(😜) 与 奥(😳)古(🏩)斯汀(🥑)‧路易(🎷)斯‧科西 Augusti Louis Cauchy 同时宣称(🗄)已经证明了(le ) 费(fèi )玛(🎼)最后(hòu )定(dìng )理
最后(🙆)是(shì )刘维尔宣读了 恩斯特(tè )‧库(🚒)默尔 Ernst Kummer 的(de )信,说(shuō )科(😉)西与(yǔ )拉梅的证(🈳)明,都因为(wéi )「虚数没有(🚠)唯一因子分解性质」(😃)而(ér )失(shī )败
库默尔(😽)证明了 费玛(mǎ )最后定理的完整(zhěng )证明 是(shì )当时数(shù )学方法不可能实现的
10.1908年 保罗(luó )(🎖)‧沃(🖌)尔夫(fū )斯(sī )凯尔 Paul Wolfskehl 补救(jiù )了库默尔(ěr )的证明(míng )
(🕣) 这表示 费玛最后定理(🔭)的完整证(zhèng )明 尚未(wèi )被解决
沃尔夫斯(🈹)凯(kǎi )(💗)尔提(🎖)供了 10万马克 给提供(gòng )证明的人,期限是到2007年9月13日止
11.1900年8月8日(⭕) 大卫(🖇)‧希尔伯特(👛),提出数学上23个(gè )未(😋)解决(⛴)的问题(💢)且相(📗)信这是迫切需(xū )要解决的重(💙)要问题
(🕘) 12.1931年 库特‧哥德(dé )尔(ěr ) 不可判定性定理(lǐ )
第一不可判定性定理:如果公理集合论是相容的,那么存在既(jì )不能(🎻)证明又不能否定的定理。
=> 完全(quán )性是不可能达到的
(🐂)第(🎊)二不(bú )(🎾)可判定(dìng )性定理:不存(😼)在能证明公理系统(tǒng )是相容(róng )(👣)的构(gòu )(🈴)造性过程。
(🚏) => 相容性永(🦃)远(➗)不可能证(zhèng )明(míng )(😤)
13.1963年 保罗‧科恩 Paul Cohen 发展(zhǎn )了可(🕣)以检(jiǎn )验给定问题是不是不(🚜)可判定的方法(只适(shì )用少(🖤)数情形)
证明希尔(🐍)伯(🐒)特23个问(🐐)题(tí )中,其中一个(gè )(✴)「连(lián )(🏫)续统假(jiǎ )(🍂)设」问题是不(bú )可判(🧞)定的(de ),这(🍩)对於费(fèi )(🤴)玛最后定理来说是一大打(🍂)击(jī )
(🛸) 14.1940年 阿(🎸)伦‧(🐙)图(tú )灵 Alan Turing 发明破(pò )(🎁)译(yì ) Enigma编(biān )(🚟)码 的(🏨)反(💺)转机
(😋)开始有人(🖊)利用(🦆)暴(bào )力(lì )解(jiě )决(jué )方(fāng )法,要(yào )对 费玛最后定理 的n值一个一个加以(🐎)证明。
15.1988年 内(🤴)奥姆‧(😸)埃(āi )(🌲)尔基(jī )斯(🧜) Naom Elkies 对(duì )於 Euler 提出的 x4+y4+z4=w4 不存在解这个推想,找(zhǎo )(✊)到了(🗞)一个反例(lì )
(📉)26824404+153656394+1879604=206156734
16.1975年 安德鲁(lǔ )‧(🚈)怀尔斯(sī ) Andrew Wiles 师承 约翰‧科次,研究椭圆曲线(🆓)
研(🤗)究椭圆曲线的目的是要算(suàn )出他们(men )(🎆)的整数解(🕌),这跟费(fèi )玛最后定理一样
ex: y2=x3-2 只(🎎)有(yǒu )一(yī )组整(zhěng )数解 52=33-2
(费玛证明宇(🔀)宙中(zhōng )指存(cún )在一(🐘)个(gè )数(🤠)26,他是(🦉)夹在一(yī )(😩)个平方数与(🧔)一(🏕)个(gè )立方数中间)
(🕓) 由於要直(📀)接找出椭圆(🚧)曲(🍑)线(xiàn )是很困难(nán )的(⛩),为(📮)了简(jiǎn )化问(wèn )题,数(shù )学家(jiā )採(🛠)用「时(🛥)鐘(zhōng )运(yùn )算」方法(fǎ )
在(🌂)五(wǔ )格时鐘(🔐)运算中, 4+2=1
椭圆(🥕)方程(chéng )式 x3-x2=y2+y
(💽)所(🎃)有(💃)可(🈲)能的(de )解为 (x, y)=(0, 0) (0, 4) (1, 0) (1, 4),然后可用 E5=4 来代(dài )表在五(wǔ )(🎟)格时鐘运算中(zhōng ),有四个解
对於椭圆曲线(🌎),可写(xiě )出一个 E序列 E1=1, E2=4, .....
17.1954年 至(😿)村五郎(láng ) 与 谷山(shān )丰 研究具有非同(🍪)寻常(cháng )的对(duì )称性的 modular form 模型式
(🌹)模型式的要素可从1开始标号到(dào )无穷(M1, M2, M3, ...)
每个模型式(🏬)的 M序列(liè )(😗) 要素个(gè )数(shù )(💵) 可写(xiě )成 M1=1 M2=3 .... 这样的范例
1955年9月 提出模型式(shì )的 M序(xù )列(liè ) 可(🏏)以对应到(📅)椭圆曲线的(de ) E序列(♒),两(liǎng )个不同领(lǐng )域(yù )的理论突然(rán )被连接在一(yī )起
安(🦏)德列‧韦依(yī ) 採(cǎi )纳(nà )这(📁)个想法,「谷山(🧝)-志村猜想(xiǎng )」
18.朗兰兹提出「朗兰(lán )(🌉)兹纲领」的计(🚲)画(⚓),一个统一化(huà )猜想的理论(lùn ),并开始(📂)寻找统(tǒng )(🔺)一的(🍽)环链
19.1984年 格哈德‧弗(fú )(💭)赖 Gerhard Frey 提出
(1) 假设费玛(mǎ )(✒)最后定理是错的(✔),则 xn+yn=zn 有整(💐)数解,则可将方程式转换为y2=x3+(AN-BN)x2-ANBN 这样的椭圆方程式
(2) 弗赖(lài )椭圆方(🤺)程式太古怪了,以(yǐ )致(💚)於(yú )(📿)无法被模(🎻)型式(🖖)化(🐰)
(3) 谷(gǔ )山(shān )-志村猜想(xiǎng ) 断(🚻)言每(💟)一个椭圆方(🛩)程式都可以被模型(xíng )(🎩)式化(huà )
(🕢) (4) 谷山-志村(🉑)猜想 是(🤯)错误的
反过来说
(1) 如(👶)果 谷山-志村(💚)猜想(xiǎng )(🏕) 是对的,每(měi )一个椭圆(🎈)方程(chéng )式(shì )(📊)都可以被模(🔱)型式化
(2) 每一个椭圆(🤼)方程式都可以(🤤)被(bèi )模型式化,则不存(👿)在弗赖椭(💆)圆方程式
(3) 如(🕤)果不存在弗赖(lài )椭(tuǒ )圆方程式,那么xn+yn=zn 没(📎)有整数解
(4) 费(⛷)玛最(zuì )后定理是(🌊)对(duì )的(😥)
20.1986年 肯(kěn )(🛳)‧贝(bèi )里特 证明 弗赖(🤹)椭(🐽)圆方程式无法被模型(😝)式(🔩)化(🍙)
如(rú )果有(yǒu )人(rén )能够证明谷山-志村猜想(🏙),就表(biǎo )(✊)示(🐂)费(📯)玛最后(hòu )定理也是正(🥞)确的
21.1986年(🐈) 安德(dé )鲁‧怀尔(ěr )斯(sī ) Andrew Wiles 开始一(yī )个小阴谋,他(🗾)每(měi )(🍁)隔6个月发表一篇小论文,然后自己独力尝试证(💳)明谷(gǔ )山-志村猜想,策略(luè )是利(lì )用归纳法,加上 埃瓦(wǎ )里(lǐ )斯(㊙)特‧伽罗瓦 的群论,希望能将(🦀)E序列(👶)以「(🍻)自(zì )然(😹)次序」一一对(duì )应到M序列
22.1988年 宫冈洋(yáng )一 发表利用微分(🌎)几何(hé )学(🌍)证(zhèng )明(👓)谷山-志(zhì )村(cūn )猜(cāi )想,但结果失败(bài )
23.1989年 安德鲁(🍔)‧怀(huái )尔(ěr )斯(➗) Andrew Wiles 已(yǐ )经将椭(tuǒ )圆方程式拆解(💡)成(chéng )无(♏)限多项,然后(📕)也(yě )证明(➖)了第一(yī )项必定是模(🙍)型式的第一项,也尝试利用 依娃(😽)沙娃(wá ) Iwasawa 理(🏸)论(👛),但(🙃)结果(🦁)失败(📎)
(😢) 24.1992年 修改(gǎi ) 科利瓦金(📤)-弗(fú )(🍵)莱(🎶)契 方(👉)法,对所(suǒ )有(yǒu )分类后的(👁)椭圆方程式都奏效
25.1993年(⛓) 寻(xún )求同事(shì ) 尼克‧(🤴)凯(🌶)兹(zī ) Nick Katz 的(de )(🏉)协助(zhù ),开始(🕊)对(duì )验证(🕓)证明
26.1993年5月(👁) 「L-函数和算术」(🌌)会议(yì ),安德(dé )鲁(🎖)‧(🔎)怀尔(ěr )斯(sī ) Andrew Wiles 发表谷山-志(zhì )村猜想的(🏧)证明
27.1993年(nián )9月 尼克‧凯兹 Nick Katz 发(✨)现(〽)一个(gè )重大(🛎)缺陷
(🆘)安德鲁‧怀尔(⬆)斯 Andrew Wiles 又开始(shǐ )隐(🦏)居(jū ),尝试独力解决(🍩)缺陷,他不希望在这时(shí )候公布证(🦄)明(míng ),让(ràng )其(qí )他人分(fèn )享(xiǎng )完(🐂)成证(zhèng )明(míng )的(🚟)甜(tián )美(🐪)果实
28.安(ān )德鲁‧怀尔斯 Andrew Wiles 在接(jiē )近放弃的边(biān )缘(yuán ),在彼得‧萨(💻)纳克的建议(yì )下,找到(dào )理(lǐ )(🌴)查(chá )(🏃)德(👙)‧泰(tài )勒(🦊)的协助(🐈)
(❌) 29.1994年9月19日(rì ) 发现(xiàn )(🖕)结合 依娃沙(🎨)娃(💜) Iwasawa 理(🏈)论与(yǔ )(🎻) 科利(lì )瓦(wǎ )(🎴)金-弗(♊)莱契(qì ) 方(📯)法就能够(👽)完全解决问题
30.「(🕚)谷山-志(🤔)村猜(🕒)想」被(bèi )证(zhèng )明了,故得证「费玛(🎵)最(zuì )后(🎉)定(dìng )理」
(🔃) ii
费(fèi )马大定理
300多年以前(qián ),法(🤛)国数(shù )学家(jiā )(🦒)费(fèi )马(🈳)在一本书的空白处写下了一个(gè )定(dìng )(🍭)理:(🤬)“设(🦗)n是大于2的正整数(shù ),则(zé )不(bú )定方程(🐈)xn+yn=zn没有(🎍)非零整(🚈)数解”。
(🎒) 费马宣称(💐)他发现了这个定理的一(yī )个真正奇妙的证明,但因(yīn )书上空白太小(⤴),他(tā )写(xiě )不(bú )下他的证明(míng )。300多年过去(🕙)了,不知有多少专(zhuān )(😲)业(🆗)数(shù )学家和业(☝)余数学爱好者绞尽(❇)脑汁企图证明它,但不(🚶)是无功(⏹)而(ér )返就是(🏅)进展甚(shèn )微。这就是(🎤)纯数学(xué )中(🚧)最着名的(de )定理—费(🆙)马大定(✋)理(😿)。
费(fèi )马(1601年~1665年)是一位(🚰)具有传奇色(📈)彩的数学家(⬅),他最(zuì )初学习法律并以(💑)当律(🗨)师谋生,后来(lái )成为议会议员,数学只不过是他的业余爱(💥)好,只能(néng )利用闲(xián )暇来研究。虽然年(nián )近30才认真注意数学,但费马对(🌾)数论和(hé )(💢)微积(jī )(🐖)分做出了第一流(✉)的贡(gòng )献。他与(🔣)笛(🛠)卡(📟)儿几乎同时(😻)创立了(🥖)解(jiě )析几何,同(🏝)时(🏫)又是17世纪兴起的(🍲)概(🔤)率(lǜ )论的探索者之(🎣)一。费马(mǎ )特别爱好数论,提出(📚)了许多(🚹)定理,但费马只对(🔛)其(qí )中一个定理给(🔇)出(👕)了(🎙)证明要点,其他定(dìng )理(🍟)除(chú )一个被(🏬)证(zhèng )明是错的,一个未(wèi )被(bèi )证明(míng )外(⛱),其余(yú )的陆(⚓)续被后来的数学家所(suǒ )证实。这唯(wéi )一未被证明的定理就(jiù )是上面(👁)所说的费(fèi )马大定(dìng )理,因为是(shì )最后一个(⚓)未(🥉)被(bèi )证明对(duì )(🚆)或(huò )错的(de )定理,所以又称(chēng )(🥎)为费(fèi )马最(zuì )(🔫)后定(🐔)理。
费(fèi )马大(🔝)定理虽然(🐕)至今(📈)仍没有完全被证明,但已经(jīng )有了很(🏠)大(🎁)进展,特别(🎉)是最(🛎)近几十年,进展更快。1976年瓦格斯塔夫(fū )证明了对小于(➡)105的素数费马大定理(💎)都(🛠)成(chéng )立。1983年(nián )一(yī )位年轻(qīng )的德国数学(🍯)家(🐎)法尔廷斯(sī )证明了(🏨)不定方程(chéng )xn+yn=zn只能有(yǒu )有限多组解,他的突出贡献(xiàn )使他(tā )在1986年获得了数学界(⚽)的最高奖之一费(🌛)尔兹奖。1993年英(yīng )国数(😘)学(🍠)家威尔斯宣布证(zhèng )明了(le )费马大定理,但(dàn )(🍒)随(🧀)后发现了证明中的一个漏洞并(🎹)作了修正。虽然(🚯)威尔(🌃)斯(sī )证(zhèng )明(🌘)费马大(dà )定(🐝)理还没有(🧑)得到数(🚳)学界的一致公认(rèn )(⏸),但大多(duō )数数(shù )学家认为他证(zhèng )明的思路是正确的。毫(háo )无疑问,这使人们看到了希望。
为了寻求费马大定理的(🔌)解答,三(sān )(🐏)个(💙)多世(⛑)纪(💧)以来,一代(🎻)又(yòu )一代的数学(❔)家(jiā )们前赴后继,却壮志(🖖)未(wèi )酬(chóu )。1995年(nián ),美(měi )国普林(lín )斯顿大学的安德鲁·怀尔(ěr )斯教授(🎦)经(🤘)过(guò )8年(nián )的孤军奋战,用13
0页长的篇幅证明(😆)了费马大定(dìng )理。怀尔斯成为整个数学界的英雄。
费马大定(dìng )(⤴)理提出的问题非常简(jiǎn )(🦊)单,它是用一(yī )个每个(gè )(📪)中学生都熟(shú )悉的(🐰)数学定理—(🔎)—(💊)毕达(🤾)
哥拉斯定理——来(🥔)表达(dá )的。2000多(duō )年(🌎)前诞(dàn )生的(🙃)毕达哥拉斯定理(📲)说:在一(yī )个直角(jiǎo )三角(jiǎo )(🤨)形中,
斜边的平方等(děng )于两直角边的平方(📹)之和(hé )。即X2+Y2=Z2。大约(yuē )在公元1637年(nián )前(qián )后 ,当费(fèi )马在
研(🍍)究(🥘)毕达哥拉(⬛)斯方程(👴)时(shí ),他(tā )写下一个(💉)方(🤫)程,非(🎤)常(cháng )类(🔄)似于毕达哥拉(🚕)斯方(fāng )程(chéng ):Xn+(🙁)Yn=Zn,当n
大于2时(shí ),这个方(fāng )程没有任(rèn )何整(zhěng )数(shù )解。费(fèi )马(mǎ )在《算术(shù )》这本(běn )书的靠近问题8的页(🚏)边(🐢)处(🐖)记下这(🧔)
(💧) 个结论(lùn )的同时(shí )又(📌)写下一个附加的评(😍)注:“对此,我(🐘)确(què )信(😳)已(yǐ )(🌦)发现一个美妙的证法,这(🙈)里(😓)的(😷)空
白太小,写不下。”这就(jiù )是数学史上着名(🔟)的费马大(🌗)定(🙆)理或称费(📣)马最后的定理。费马制造了
一个数学史上(😯)最深奥的(de )谜。
(🥫) (👗)大问题
在物理学、化学或生(shēng )(💧)物学中,还没(💣)有(👖)任何(🆙)问题可以叙述得(dé )如此(cǐ )简单和清(♉)晰,却(què )长久不
解。E·T·贝尔(Eric Temple Bell)在(👝)他的《大问题》(The Last Problem)一书中写到(dào )(❄),
文明世(shì )界也许在费马(mǎ )大定(🎑)理得以解决(jué )之(📘)前就已(💀)走(zǒu )(💵)到了尽(jìn )头。证明(míng )费(🎋)马大定(dìng )理成(🍡)为数论中最
值(🖍)得为之(🐺)奋斗的事(shì )。
安德鲁(lǔ )·怀(⛸)尔(🍙)斯1953年出生在英国(guó )(📕)剑桥,父亲是(❎)一位工(🚕)程(🐍)学教(jiāo )(🙇)授。少(shǎo )年(🤮)时代的(🏎)怀尔斯
(🧙) 已着迷于数学了。他在后来的(de )回(huí )忆(yì )中写(xiě )到(🔯):“在学校里我喜欢做题目,我把它们带回家,
编写成(chéng )我自己的新题目。不过(guò )我以(yǐ )前找到的最好的题(🥞)目是在我(wǒ )(🈵)们社区(qū )(🥣)的(🧘)图书(📆)馆里发现的。
(🍩) ”一天,小怀尔斯在弥尔顿街上(🎟)的图(tú )书馆看见了一(🔂)本书,这(zhè )(🚜)本书只有一个问(wèn )题而(ér )没(méi )有(yǒu )解(🛂)答
,怀尔斯被吸引住了(le )。
(📪) 这就是E·T·(👒)贝尔写的《大问题》。它(🍲)叙(🐊)述了(🥘)费马大定(dìng )理的历(lì )史,这个定(dìng )理让一个(📣)又(yòu )
一个(gè )的数学(xué )(🕦)家望而生畏,在长达(dá )300多年的时(😾)间(jiān )里(lǐ )(😟)没有人能解决它。怀尔(ěr )斯30多年(nián )后回忆
起被引(🐁)向费马大(🕜)定(dìng )理(😒)时的感觉:“它看上去如此简单,但(🚡)历史上所有(📯)的大(dà )数(shù )学家都未能解
决(jué )它。这(zhè )(🏸)里正摆着(zhe )我—(🐍)—一(😖)个(gè )(🚹)10岁的孩子——能理(lǐ )解的问题,从那(nà )个时刻起,我知道我永
远不会放弃(qì )它。我(🌡)必须(xū )解决它。”
怀尔斯(🐼)1974年(nián )从(🔴)牛津大学的(🐍)Merton学院获(huò )得数学学(🔓)士(🎙)学(🏢)位,之后进入剑桥大学(xué )(⬅)Clare
(💄) 学院做博(🐩)士(🧑)。在研(🎬)究生(shēng )阶(jiē )段(duàn ),怀尔斯并没有(🔷)从事费马(mǎ )(🔉)大定(dìng )理研究(🐾)。他说:“研(yán )究(👚)费马可(kě )能
(🥒) 带来的(de )问题(🌾)是:你花费了多年的(👘)时(shí )间(🦅)而最终一(yī )事无成。我的导师约翰·科(🕊)茨(cí )(John Coate
s)正在研(yán )究(👊)椭圆曲线(🧔)的Iwasawa理(🆒)论,我开(kāi )始跟随他工作。” 科茨说(🆑):“我记得(dé )一位(wèi )同事
告诉我,他有一个(gè )(🦋)非常(🚴)好的、刚完成数(shù )学学(xué )士荣誉学(🦇)位第(dì )三部考(kǎo )试的(de )学生,他催(cuī )促我收其
为学生。我非常(cháng )荣幸(xìng )(⚾)有安德(dé )鲁这样(yàng )的(de )学(xué )(🥣)生(shēng )。即使从对(duì )研究(jiū )生的(de )要求(qiú )(💞)来看(kàn ),他(tā )也有(yǒu )(🕺)很深刻的
思想,非常清(qīng )楚他(🏭)将(jiāng )是一(yī )个做大事情的数学(xué )家。当然(🌨),任何(hé )(🔀)研(🔓)究生在(zài )那个阶段直接开(kāi )始研
究费马大定理是(shì )(🕑)不可能的(🏚),即使对资历(lì )很(🤤)深的数学家来说,它(🐷)也(yě )太困难了。”科茨(cí )的责任
是为怀尔斯找到某种至少能(néng )(🤲)使他(tā )在今(🖖)后三年里有(yǒu )兴(🕢)趣去研究(jiū )的问(🍣)题。他说(shuō ):“我(wǒ )认为(🙃)研(👈)究
生导师能(néng )为学生做的一切就(jiù )是设(🔅)法(fǎ )把他(tā )推向一个(🔙)富(🥏)有成(⌛)果的方(👲)向。当(dāng )然,不能保证它一定(👧)
是(shì )一个(🏯)富(fù )有成果的研究方向,但是也许(xǔ )年长(🧀)的数(shù )学家在这个(⛎)过程中能做(💛)的一件(🔃)事(🥖)是使(🕦)用他
的(🦏)常(cháng )识、他对好领域的直觉。然后,学生(shēng )能(🍨)在(🤣)这个方向上有(😐)多(💏)大成(chéng )绩就是(shì )他(tā )(🎵)自己的事了。
”
科茨决定怀尔斯应该研究数学中(🈚)称为椭圆曲线(💔)的(de )领(🎢)域。这个(gè )决(😕)定(🍭)成为怀(🧘)尔斯职业生涯(yá )(⛵)中的
一个(😜)转折(shé )(🧖)点(📆),椭圆方程的研究是他实现梦想(🛃)的工(🧜)具。
(🛌) 孤独(🌏)的战士
1980年(nián )(🦁)怀(🙄)尔(ěr )斯(sī )(💱)在剑桥(😈)大学取得博士(🏈)学位(🌰)后(🎐)来到了美国(🈴)普林斯顿(dùn )大(dà )学(🕋),并成为(wéi )这所大学
的教授。在科茨的指导下,怀(huái )(🐥)尔(🤡)斯或许比世界上(shàng )其他人都更懂得椭圆(🐊)方程,他已经成为一
(🔧)个着(🌑)名(🌞)的数论(lùn )学家,但(dàn )(🕴)他清(qīng )楚(🍚)地意识到,即(🤮)使以他广博(bó )的基础知识和(hé )数(shù )学修(xiū )养,证明(🗂)费马
大(dà )定(dìng )理(lǐ )的任务也(😍)是极为(🍹)艰(🚙)巨的。
在(🐉)怀尔斯的(🏤)费马大定(dìng )理的证明中,核(hé )心是证明“谷山(shān )-志(🥦)村猜想(xiǎng )”,该猜想在两个非
常不同的数(🤵)学领(👒)域间建立了一座(zuò )新的桥(qiáo )梁。“那是1986年(nián )夏(📕)末的一个傍晚,我正在一个(🐞)朋(㊗)
友家中啜(chuò )饮冰茶(chá )。谈话间他随意告诉我(wǒ ),肯·(🎌)里贝特已经证明了(🐄)谷(🐨)山-志村猜想与(yǔ )(😈)费马大
定理间(jiān )的联系。我感到极大的震动。我(wǒ )记(jì )得(🚙)那个时刻,那个改变(biàn )我生命历(🥢)程(chéng )的时刻,因为
这意味(😅)着为了证明(🅱)费(fèi )马大(🤽)定(😘)理,我必须(🚍)做(zuò )(😀)的一切(qiē )就(jiù )是证(📋)明谷山-志(zhì )村猜想……我十(🎎)分(fèn )清楚
(🎆) (😊)我应(yīng )(🐱)该回家(jiā )去研究谷(gǔ )山-志村猜想。”怀尔斯望见了一(yī )条实(🕓)现他童年(👞)梦(🛴)想的道路。
(🎠) 20世纪初(🐺),有人问伟(🦇)大的数学家大卫·希尔伯(bó )(😾)特为什(🎞)么不去尝试证明费(fèi )(🚾)马大(dà )定(🐳)理(lǐ ),他
(🌥)回答说:“在开(🏇)始着手之前,我必(bì )须用(🕠)3年的(👐)时间作深入(rù )的研究,而我(😣)没有(💀)那么(🤵)多的时(🚺)间
浪费在(〽)一件可(✉)能会失败的事情上(shàng )(🥟)。”怀尔(👓)斯(sī )知(🏝)道,为(wéi )了找到证明,他必须(xū )(🙌)全身心地投入到
(😆)这个问题中,但是与(yǔ )(⏮)希尔伯特(tè )(🐎)不一样,他愿(yuàn )意(yì )冒(😌)这(zhè )(♉)个风(fēng )险(xiǎn )。
怀尔斯(😕)作(😴)了一个重大(dà )的(🎿)决定:要完全独立和保密地(dì )进行研究。他(🗣)说:“我意识(👜)到(🌙)与费
马(mǎ )大定理有(yǒu )关的(de )任(⛏)何事情都会引起太(🐺)多人(rén )(🏟)的兴(🛷)趣(🈯)。你(nǐ )确实(🚙)不(😣)可(〽)能(néng )很多年(☔)都使自己精(jīng )力集中
,除非(fēi )(🤺)你的专心不(👜)被(🐅)他人分(fèn )散,而这一点会因旁观(guān )者太多而做(🐆)不(🙋)到。”怀尔斯放弃了所(suǒ )有
(🙁) 与证明费马大定理无直接关系(xì )的工(🚃)作,任何时候只要可能(👷)他就(🏀)回到(dào )家(🎎)里工作,在家(jiā )里的顶
(🍨)楼书(shū )房里他开(kāi )始(🔉)了通过谷山-(🙀)志村(cūn )猜想(xiǎng )来证明费马大定(🤤)理的战(zhàn )斗(dòu )(🐻)。
这是(shì )一场长达7年的持久(jiǔ )战,这(👢)期(qī )(🗒)间(jiān )只有他的(🥨)妻子知道(dào )他在(zài )证(zhèng )明费(🐐)马大定理。
(🌟)欢呼与等(🙉)待(dài )
(📉) (🤞)经过7年的(de )努(🐋)力,怀尔斯(sī )完成了谷山(shān )-志(zhì )村猜想(xiǎng )的证明。作为一个(gè )结果(guǒ ),他也证明了
费马(mǎ )大定理。现在(zài )是(🏗)向世界公布的时(🦗)候了。1993年6月底(🕞),有一个(💋)重要(➗)的(de )会议(yì )(🔚)要(yào )在剑(🍩)桥大(dà )
学的牛(🤯)顿研究所举行(🔮)。怀尔斯(📽)决(jué )定利用这个机(jī )会向(xiàng )一群杰出的听(🙏)众宣(xuān )(📅)布他的(de )工作。他(tā )选择
(⛰) 在(🐉)牛顿研究(jiū )所宣(🍑)布的另外一个主(zhǔ )要原因是剑桥(⬅)是他的家(⛰)乡(xiāng ),他曾经是那(🤾)里(lǐ )的(🏽)一名研究生(shēng )。
(🆓) 1993年6月23日,牛顿(dùn )研究所(suǒ )举行了20世纪最重(chóng )要(👚)的一次数学(xué )讲座。两百名(míng )数学家(🌱)聆
听了(👋)这(🐭)一演讲,但他们之中只有四分之一的人(🚚)完(wán )全懂(dǒng )得黑(⏹)板上的(🎀)希腊(📀)字母(mǔ )和代数(shù )式(🗝)所表(biǎo )达
的意(😾)思。其余(yú )(👝)的人来这里是为了见证(zhèng )他们(men )(🌏)所期(qī )待(dài )的(💃)一个真正具有意义的时刻。演讲者是(shì )安
(🤾) 德鲁·怀尔斯。怀(🗓)尔斯回忆起(👚)演讲最后(hòu )时刻的(🍫)情景:“虽(🌽)然新(😫)闻界(jiè )已经(jīng )刮(guā )(😓)起有(yǒu )关演(yǎn )讲的风
声,很(🗾)幸运他们没有(yǒu )来听演讲。但是(🔸)听众(zhòng )中有(🥗)人拍摄(shè )了演讲结束时的镜头,研究(jiū )所所(💗)长肯
定事先就准备了一瓶(píng )香槟酒。当我宣读(🗳)证明时,会场上保(bǎo )持着(zhe )特别庄重(chóng )的寂静(jìng ),当(🌧)我(🌲)写完(🏹)
费马大定理(lǐ )的(de )证明(🙃)时(🍆),我说(👩):‘我(🎤)想(👤)我就在(zài )这里结束’,会场上爆发(fā )(🛢)出(chū )一阵持久的鼓掌声(shēng )
。”
《纽约时(🍻)报》在头(tóu )(📠)版以《终于(🏦)欢呼“我发现(🧜)了!”,久远的数学(xué )之谜(mí )获(huò )解(jiě )》为题(tí )(🔨)报道
费马大(dà )定(🤡)理被证明的消息(🤝)。一夜(🐅)之间,怀尔斯成为世(shì )界上最着名的数学家,也是唯一的数
学(xué )家。《人物(🥄)》杂志将怀(huái )尔(ěr )(🧀)斯(🎼)与(yǔ )戴安(ān )娜王妃一起列为(wéi )“本(běn )年度25位最具魅力者(zhě )”。最有创
(🚖)意(🦕)的赞美来自一家国际制衣大公(gōng )司(🤶),他们(👌)邀(yāo )请这位温(wēn )文(🏧)尔雅(yǎ )的(de )天才作(⬛)他们新系列男装的模
特(tè )。
当怀尔斯成为(wéi )媒体(🐃)报(bào )道的(⛰)中(🎽)心时,认真(💝)核对这个(🎽)证明(🔟)的(de )工作也在进行。科学的程序要(🌟)
(🌊) (🛒)求任(rèn )何(hé )数学家(📸)将完(🦓)整的手稿送交(jiāo )一个有(🥊)声(📣)望(🍞)的刊(kān )物,然(rán )后这个刊(kān )物(wù )的编(biān )辑将它(🚤)送(sòng )交(📩)一组审(shěn )(🔩)
稿(gǎo )人,审(⬜)稿人的职责是进(jìn )行逐(🖇)行的审查(chá )证明。怀尔斯将手稿投到《数学发明(míng )(🏛)》,整整(🥣)一个(🛩)
夏天他焦急地(dì )等待(dài )审稿(♟)人(rén )(👪)的意见,并祈求能得(🤮)到(dào )他们的(de )祝福。可是(😟),证明的一个缺(quē )陷被发(fā )
现(xiàn )了。
我(⛅)的心灵归于平静
(🐼) (😼)由(😪)于怀尔(ěr )斯的论文涉及到大量的数学方法(fǎ ),编辑巴里(lǐ )·梅休尔决定不像(xiàng )通(tōng )(🕢)常那(🐄)样指定
(♟) (⏮)2-3个审稿人,而是(shì )(🌕)6个审稿(gǎo )人。200页的证明被分(fèn )成6章,每位审(💜)稿(🌔)人负责其中一章。
(🈵)怀(📫)尔斯(🍶)在此期间中断(👎)了他(👓)的工作,以(💤)处理审稿人在(zài )电子邮(🧖)件中(zhōng )提出的问题(tí ),他自(🍣)信这(zhè )
些问题(🐳)不会给他造成(chéng )很(🍘)大的(🔬)麻烦。尼克(kè )·凯兹负责审查第3章,1993年(nián )8月23日(rì )(🚽),他(tā )发现了(🚾)
证明中的一个小缺(🈲)陷。数(🕓)学的绝对主(✋)义要(😨)求怀尔斯无可怀疑地证明他的方法中(⏮)的每一步都
行(háng )得通(tōng )。怀(huái )尔斯以(yǐ )为这(zhè )又是一(yī )个小(xiǎo )(🥙)问题,补救(jiù )的(🐸)办法可能就在近(jìn )旁,可是(🚎)6个多月过去了
(🎡) ,错误仍未改正(zhèng ),怀尔(ěr )斯面临绝(jué )境,他准备(😂)承认失败。他向同事(shì )彼得·萨克说明(🕍)自己的情
况,萨(sà )克向他(tā )(🛄)暗(àn )示困难的一部分在(🥈)于(🍲)他缺少一个能够和(hé )他讨(🚽)论问题(tí )并(📋)且可信赖的人。经(jīng )过(guò )
长(🙏)时间的考虑后,怀尔斯决定邀请剑桥大(dà )学(✈)的讲师理查(chá )德·泰勒到(dào )(🐣)普林(♿)斯(sī )顿和(hé )(🆘)他(tā )一起工作
(🅰)。
泰勒1994年1月份(fèn )到普林(🎻)斯顿,可(💣)是到(🐱)了(le )9月,依(yī )然没有结果,他们准备放弃了。泰勒
鼓(gǔ )励(lì )他们再(zài )(🍸)坚持一(yī )个月(yuè )。怀尔斯(㊙)决定在9月底作最(zuì )后一次检查。9月(yuè )19日,一个星期一的早(zǎo )
晨(chén )(🧗),怀尔斯发现了问(🤒)题(🃏)的答(dá )案,他(tā )叙(xù )述(shù )了这一时刻(kè ):“突然间,不(🦈)可思议地,我(🐦)有了(le )(🆒)一个
难(nán )以置信(🛫)的发现(🛠)。这是我(wǒ )的事业(yè )中最重要的(de )时刻,我(wǒ )不会再有这样(🥐)的经历……它的美(🔊)是(💂)如(rú )
此地(📓)难以(yǐ )形容;它又是如此(cǐ )(🐮)简(jiǎn )单和(hé )优美。20多分钟的时间我(🏨)呆望它(tā )(🕠)不敢相信(🐷)。然后白天我
到系里(lǐ )转(zhuǎn )(🍺)了一圈(quān ),又回到桌子旁看看它是否还在—(⏬)—它还在那里。”
(⛄)这是少年时(🏂)代的梦想和8年(👕)潜(qián )心努力的(🖋)终极(jí ),怀(huái )尔(ěr )斯终于(yú )向(xiàng )世(shì )界证(zhèng )明了他(😽)的(de )才(cái )能(néng )。世
(🦔) 界(💂)不再怀疑这(🥜)一次的证明了(⚡)。这两篇论文总共有130页,是历史上核查得最彻底的(de )数学稿
(🎞) 件,它(🍩)们发表在(zài )1995年5月的《数学年(nián )刊(kān )》上。怀(🎠)尔斯再(zài )一(yī )次出(⛅)现在《纽约时报》的(de )头版(bǎn )
上,标题是《数(🐝)学(🐵)家称经典之谜已(yǐ )(🉐)解决》。约翰·科茨说:(🐯)“用数学的术语(🍵)来说,这个最(zuì )
终的证(zhèng )明(😮)可与分裂原(yuán )(💻)子(zǐ )或(huò )发(fā )现DNA的结构(gòu )(☔)相比(bǐ ),对费马(😖)大(🚑)定理的证明(míng )是人类智(🐾)力活动的一
曲(qǔ )凯歌,同(tóng )时,不能忽视(👖)的事实是它一(yī )下子就(jiù )(🐻)使数学(xué )发生了革(⛄)命性(xìng )的变化(🥟)。对我说来(📥),安
德鲁(lǔ )成果的美和魅(🏞)力在于它是走(zǒu )向代(🛠)数数论(👬)的巨(🍌)大的一(🌤)步。”
(🐝)声望和荣(🌷)誉纷至沓(tà )来。1995年,怀尔斯获得瑞典皇家(🕓)学会颁发的(♟)Schock数学(🎠)奖,199
6年,他(tā )获(👡)得沃尔夫奖,并当选(🐷)为美国科学院外籍院士。
(🕢) 怀尔斯说:“……再没有别(bié )的问题能像费马(mǎ )大定理一样(🗂)对(duì )我有同样的意义(yì )。我拥有(🥅)如
此少有的特权,在(🚐)我(wǒ )的成(😳)年时(shí )期实现(🌸)我童(tóng )年的梦(🉑)想……那段特殊(shū )漫长的探索(🦍)已(🚃)经结束了(le ),
我的心(🐗)已归于平(píng )静(jìng )。”
费(😴)马大(dà )定(💯)理只有在相(💾)对数(✳)学理论的(🙂)建立(lì )之(zhī )后,才(cái )会(huì )得到最(zuì )(🏃)满意(yì )的答案。相对数学理论没有完(wán )成之前(qián ),谈这个(gè )问(🤛)题(tí )是无力地(dì ).因(🤫)为人们对(duì )数量和自身的(🥖)认识,还没有达到一定的(⏪)高度.
iii
费马大(dà )定理与(👓)怀尔(🚙)斯(👀)的(😘)因(😰)果律-美国公众广播网对(duì )怀尔斯(sī )的专(🌔)访
358年的(de )难解之谜
数(🎾)学(🎬)爱(ài )好者费马提出(🤡)的这(🔽)个问(🥧)题(tí )非常(🗃)简单,它用一个(💛)每个中(👸)学生(🍏)都熟(shú )悉的(de )数学定(🗽)理——毕达哥拉斯定(dìng )理来(lái )(❎)表达。2000多年前诞(🖐)生(🍏)的(de )毕达哥(📁)拉(lā )斯定理(🏫)说(shuō )(🚴):在一个直(🎵)角(jiǎo )三角形(xíng )中,斜边的(🌓)平方(📷)等于(🚏)两个直角边(biān )的(❤)平(píng )方之和。即(jí )X2+Y2=Z2。大约(yuē )在公(gōng )元1637年前(qián )后 ,当(dāng )费马在研究毕(bì )达哥(gē )拉斯方程时,他(tā )在《算术(🐴)》这(zhè )(🌀)本(💂)书靠近(🤪)问(🕤)题8的页边处写下了(le )这(🌷)段文字(zì ):“设n是大于(yú )2的正整数(💆),则(zé )不定(dìng )方程xn+yn=zn没(🕷)有(🕟)非(💁)整(zhěng )数解(🈺),对(🏊)此(cǐ ),我确信(🤹)已发现一个(gè )美妙(miào )的证法,但这里的空(😵)白太小,写不(bú )下。”费(🛂)马习惯在(zài )页边写(🏺)下猜(cāi )(🏁)想,费(fèi )(❎)马大定理(lǐ )是其(qí )中困扰数学家们时间最(zuì )(🏨)长的(de ),所以被称为Fermat’s Last Theorem((🐍)费马最(zuì )后(hòu )(📞)的定(🥊)理)——公认为有(yǒu )(🖐)史以来最着(😾)名的数(🎏)学(xué )(👙)猜想(xiǎng )。
(➰) (🎐)在畅(chàng )销书作家西(xī )蒙(méng )·辛格(Simon Singh)的(😒)笔(🎴)下,这段神秘留言引发的长达(📮)358年的猎(⭐)逐(zhú )充满(mǎn )了惊险、悬疑(🌠)、绝望(wàng )和狂(🕒)喜。这(🙈)段历(lì )史先(xiān )后(💆)涉及到最多产的(de )数学(📫)大师欧拉(🧔)、(🦐)最伟大的数学家高斯(sī )(⚫)、由业余转(zhuǎn )为(🚎)职业数学家(jiā )的柯西(xī )、英年早(🕜)逝的天才伽罗瓦、(🍅)理论(lùn )(🧡)兼试验(⏫)大师库默尔(👦)和被(➗)誉为(🛶)“法国历史(shǐ )上知识最为高深的女(😴)性(xìng )”的苏菲·姬(jī )尔曼…(🈺)…法(🐱)国数学(xué )(🚜)天才伽(gā )罗(luó )瓦的遗言、日(👀)本数(shù )学(xué )界的明日(🈹)之星(xīng )谷山丰(fēng )的神秘自杀、德国(guó )数(🦇)学爱好(hǎo )者保罗·(🍿)沃尔夫斯凯(kǎi )(📌)尔最(zuì )后(hòu )一刻的舍(shě )死(⛏)求(🏴)生等等,都仿(fǎng )佛是冥冥(míng )间上(shàng )帝导演的宏大(🏹)戏剧(jù )中的(🐻)一幕(📛),为最后谜底的解(🐗)开埋下伏笔。终于,普林斯(🛄)顿的怀尔斯出现了。他(tā )找到谜(🍮)底(dǐ ),把(bǎ )这(zhè )出戏(🤪)推(⛱)向高潮并(🕊)戛然(🧘)而(ér )止,留(liú )下一段(🌅)耐(nài )(🔁)人回味的(🍶)传奇。
对怀(🙌)尔斯而言,证(👙)明费马大定理不(bú )仅是破译一个(🔊)难解之谜,更是去实现(🐙)一个(🥞)儿时的梦想(xiǎng )。“我10岁时在图(tú )书馆找到(dào )一本数学书,告(⏮)诉我有这么一个问题(📌),300多(🐦)年(⚾)前(🐳)就已(⛹)经(jīng )(🚚)有(🙅)人解(🧕)决(jué )(👷)了(🏫)它,但却没有人看到过它的证明,也(yě )无人确信(🎖)是(shì )否(fǒu )有(yǒu )这(zhè )个(gè )证明,从(🌓)那以后,人(rén )们就不断(📜)地求证。这是一个10岁小(xiǎo )孩就能明白(🔈)的(de )问题(tí )(🌼),然(rán )后历史上诸(🚠)多伟(wěi )大(dà )的数学(xué )家们却不能解(jiě )答(dá )。于(yú )(⬛)是从那时(😚)起,我就试过解决它,这个问题就(💎)是费马大定(⤵)理。”
怀尔(🍳)斯于1970年先后在(🏋)牛津(🌏)大学和剑(jiàn )桥大学获(huò )得(🛰)数学学士和(hé )数学(xué )(⛱)博士(shì )(🔺)学(🛩)位(🈸)。“我进入剑桥时,我(🌨)真正把(🕐)费(fèi )马大定理搁在一边(biān )了。这(🕓)不是因(🏃)为我(wǒ )(🍏)忘了它,而(⛄)是我(wǒ )(⚫)认识到我们所(suǒ )(🦍)掌握的(♉)用(😀)来攻克(🍽)它的(de )全部(🍪)技术已经反(fǎn )复(fù )使用了(le )130年。而(ér )这些技(➿)术似乎没有触及(jí )问题(🐮)根本。”因为担心(xīn )耗费太多时间而一无(🏋)所(suǒ )(🍨)获,他(tā )“暂(📺)时放下了”对(duì )(🚽)费(fèi )(🔵)马(mǎ )(🔀)大定理的思索,开始研(yán )究(jiū )椭圆曲线理论(🛣)——这(🍸)个看(🥋)似与证(🙋)明费马大(🧐)定(📪)理(📩)不相关的理(lǐ )论(🐪)后来却(🌒)成为他实现(🏠)梦想(xiǎng )的(de )工具。
时(👦)间回溯至20世(🍔)纪(jì )(📤)60年(🏴)代,普(🗻)林(🐍)斯顿数学家朗兰兹提出了一个大胆(dǎn )的猜想:(👊)所有主要数学领域之(🔹)间原本就存(🚆)在(zài )着的统(tǒng )一的链接。如果这个猜(cāi )(😞)想被证实(🍞),意味着在(👈)某个数学领域(yù )中无(wú )法解答的(🕶)任何问题(tí )都有(🧣)可能通(📓)过(guò )(🚗)这(zhè )种(zhǒng )(🍡)链接被(bèi )转(zhuǎn )(🧙)换成另一个领(lǐng )域中相应(🐮)的(de )问题——可以被一整套(tào )新方案解决的(de )问题。而如果在另一个领域(yù )内仍(réng )然难以(yǐ )找到(🎪)答案,那(😮)么可以把(🛅)问题再转换到下(🌆)一个(gè )数学领域(🏭)中……直到它被(bèi )(🚾)解决为(wéi )止。根(🐬)据朗(lǎng )兰兹纲(gāng )领,有一(⏳)天(tiān ),数学家们(🛵)将(🛣)能(néng )(🌮)够解决曾经(jīng )是最深奥(🐄)最难对付(fù )的问题——“办(bàn )法是领着这(zhè )些问题周游(👫)数(📇)学王国的(🌤)各个风景胜地”。这个纲领(lǐng )为饱受哥德(dé )尔(🔜)不完备定理打击的费马大(dà )定(dìng )(🗞)理证明(míng )者们指明了(le )救赎之(zhī )路——(👔)根据不完备定理,费马大定理(👛)是不可证明的。
(😻) 怀尔斯后(hòu )(🌎)来正是依(✝)赖(lài )于(🎨)这个(🎰)纲(🤩)领才(cái )得(🚂)以证明(míng )费马大定理的(👭):(🚩)他的证(👋)明——不(⛔)同于任何(❗)前人的尝试(🕊)——(🗓)是现代(dài )数学(👃)诸(🏥)多分支(椭圆曲线论,模形式(🕚)理(lǐ )(🍭)论,伽(gā )罗(🐵)华表示理论(lùn )等等)综合发(🕞)挥作(zuò )用的结(jié )果(guǒ )(🍁)。20世纪50年代(dài )由两位(wèi )日本(běn )数学(xué )家(谷(gǔ )山丰(📢)和志村五(wǔ )郎(láng ))提出的(de )谷(gǔ )山—(🛢)志(zhì )村猜想((🚏)Taniyama-Shimura conjecture)暗示:椭圆方(fāng )程与(yǔ )模形式两个(🎶)截然不同的数学(xué )岛屿间(jiān )隐藏着一座沟通的(de )桥梁。随后在1984年,德国数(shù )(📤)学家格哈德·费赖(lài )(Gerhard Frey)给出了如下猜想:假如(rú )谷山(shān )—志村猜想(🚤)成立(lì ),则费马大定理为真。这个(gè )猜(🔲)想紧接着(🔼)在(zài )1986年被肯·里贝特(Ken Ribet)证(🚓)明。从此(🛏),费马大定理不可摆脱(🚰)地与谷山(shān )(🌅)—志村(📟)猜想链接在一起:如(rú )果有人能证明(míng )(🌕)谷山(shān )—志(zhì )村猜想(即“每一个椭圆方(⬛)程都可(🌷)以模形式(🚿)化”),那么就(🐏)证(🧒)明了费马(mǎ )(🚌)大定理。
“人(rén )类智力活动的(🐏)一曲凯歌”
怀尔(ěr )斯(📐)诡(🖼)秘的行(👈)踪让普(pǔ )(👼)林(lín )(🔼)斯顿的着(zhe )名数学家同(tóng )(🗻)事们困惑。彼得·萨奈(🌈)克(Peter Sarnak)回忆说:“ 我常常(💳)奇怪(guài )怀尔斯(sī )在做(zuò )(🏦)些什么?……他总是(🐩)静悄悄(qiāo )的(de ),也(yě )许他已经(jīng )‘黔驴技穷’(🥓)了。”尼克·(🐯)凯兹(🔂)则(🥓)感(gǎn )叹(🐃)到:“一点暗(🚤)示都没有(yǒu )!”对于这次惊天“大预谋”,肯·里(lǐ )比特(Ken Ribet)曾(➡)评(🔂)价说:(🍯)“这(zhè )可能是(♎)我平(píng )生来见过的(de )唯一例子,在(🚣)如(📲)此长的(⛱)时间里没有泄(🐊)露任何有(🏊)关工作(zuò )的信(✉)息(🚾)。这是(shì )空(🎺)前的。
1993年晚春,在经过反(fǎn )复的(de )试错和绞(jiǎo )(🕳)尽脑汁的演算,怀尔斯终(zhōng )于(yú )完成(chéng )了谷山—志(zhì )村猜想的证明。作(🚠)为(🔲)一个结果,他也证明了费马大定理。彼得·萨奈克是(shì )最(👓)早得知(zhī )此消(xiāo )息(xī )的人之(zhī )一,“我(wǒ )目瞪(⏬)口呆、异(🗝)常(🙏)激(jī )动、(🏨)情绪失(💂)常……我记(😉)得当晚我失(shī )眠了”。
(🌭) 同年(nián )6月,怀尔斯(🌭)决定在剑桥大(dà )学的大型系列讲座(🕋)上(shàng )宣布这一证明(míng )。 “讲(😏)座气(qì )氛很热烈(🐋),有很(🚝)多数学(🥞)界重(🚗)要人物(wù )到场(chǎng ),当大家终(zhōng )(🖕)于明白(bái )已经离证明费马大(💎)定(dìng )理(🎹)一步之遥时(shí ),空气中(⛅)充(🥟)满了紧张。” 肯(kěn )(🖇)·里比特回忆说。巴(bā )里·马佐尔(Barry Mazur)永远也忘不了那(nà )一(yī )刻:“我之前从(cóng )未看到(dào )过如此精彩(cǎi )的讲(🏗)座,充满了(🦅)美妙的、闻(wén )所(suǒ )未闻(🆓)的新(xīn )思想,还有戏(🛠)剧性(xìng )(😎)的(de )(👙)铺垫,充满(mǎn )悬念,直到(🍒)最后(hòu )到(dào )达(dá )高潮(📂)。”当怀尔斯在(😤)讲(👒)座结尾宣布(bù )他(🐤)证(🈷)明(🌴)了(le )费马(mǎ )(🈵)大定理(lǐ )时(shí ),他成了全世界媒体的焦点。《纽(niǔ )约时报(bào )》在(zài )(💤)头版以(yǐ )(🌽)《终(zhōng )于欢呼“我发现了(le )!”久(🔦)远的数(🌶)学之(zhī )谜获(huò )解》(“At Last Shout of ‘Eureka!’ in Age-Old Math Mystery”)为题报道(⌛)费马(🎍)大定(dìng )理被(bèi )(🧦)证明的消息(xī )。一夜之间,怀尔斯(sī )(🔗)成为世(🧔)界上唯(wéi )一的数学家。《人物》杂志将(🔊)怀(🌗)尔斯(📵)与戴安娜王妃一(yī )起列为“本年度25位最具(jù )魅力者(💪)”。
与此同时,认真核对这个证明的(de )(🐱)工作也(🐆)在进(🎸)行(🆘)。遗(🥀)憾(🌵)的(💁)是,如同这之(🆖)前的“费马大定(dìng )(🏯)理终结(jié )者”一样(yàng ),他的(🔊)证明(míng )是(💠)有缺陷的。怀尔斯(✡)现在不得不(🙉)在巨(jù )(🈯)大的压力之(🗂)下(👄)修正错误,其间(jiān )(😓)数度感到绝望(🛃)。John Conway曾在美(měi )国公众广播网(PBS)(💱)的访谈中(zhōng )说: “当时我们其他人(rén )(怀尔(⏳)斯的(de )同事)(🎉)的行为有点像‘苏联政体研究者(zhě )’,都想知道他的想法和修正错(😡)误的进展,但没(🗨)有人(rén )开口问(wèn )他。所(suǒ )(😯)以(yǐ ),某人会说,‘我今天早(zǎo )(📚)上看到怀尔(ěr )斯(sī )了。’‘他露出(chū )笑(🙀)容了吗(ma )?’‘他(tā )倒(🥐)是有微笑,但(🔥)看起来并(🐂)不高兴。’”
(⛹)撑(chēng )到1994年9月时(💮),怀尔斯准备放弃了。但他(🕯)临(lín )(📮)时(💺)邀请的研(🥎)究搭档泰(📌)勒鼓励他再(❕)坚(jiān )(🕯)持一个月(yuè )。就在截止日到来之前(qián )(💂)两周, 9月19日(rì ) ,一(yī )个星期(🐟)一的早晨(🏇),怀尔斯(sī )发(fā )现了问题的答(dá )案,他(🙏)叙述(🦖)了这一时(🤧)刻:“突然(rán )间,不可(kě )思议地,我发(💫)现了(le )(⏭)它……它(tā )美(🍷)得(dé )难以(yǐ )形(xíng )(🍣)容(🖐),简单而优(🏈)雅。我(🏝)对着(zhe )它(tā )发了(🌳)20多(🛥)分钟呆(👄)。然后我到系里转了一圈,又回到桌子(🤷)旁看看它(tā )是(shì )否还在(🤐)那里(🤚)——它(tā )确(👳)实(shí )还在(zài )(🌁)那(nà )里(🦈)。”
(👵)怀尔斯的证明为他(tā )赢得了最慷慨(📴)的(de )褒扬,其中最具(jù )代(😑)表性的(de )是他在(➿)剑桥(🚡)时(shí )的导师、着名数学家(🎒)约翰·科(📻)茨(🍯)的(🌍)评价:“它(证(🍧)明)是人类(🚧)智力活动的(😆)一曲凯(🙁)歌”。
一(yī )场旷日持(🥟)久的猎逐就此结(jié )束,从(🎓)此费(fèi )马大定理与安德鲁·怀尔斯的(de )名(míng )字紧紧地(❄)被(😎)绑在(🏉)了一(yī )起,提到一个(❔)就不得不提(🕌)到另外(wài )一个。这是费(fèi )马(🧟)大(dà )定理与安德鲁·怀(🗑)尔斯的因(yīn )果律。
历时(📮)八(bā )年的最终证(zhèng )明
在怀尔斯不多的(🙈)接(🍣)受媒体采(cǎi )访(fǎng )(🕊)中,美国公(gōng )众广播网(PBS)NOVA节目(mù )对怀(🧒)尔斯的专访相当精(jīng )彩有趣,本(běn )(📒)文(🔜)节选部分以飨读者。
(🥜) 七年(🥁)孤独(dú )
NOVA:(🚊)通常(cháng )人们(men )(🍒)通(🐫)过团队(duì )来获(😅)得工作(zuò )上的(🏉)支持,那么当你(nǐ )碰(pèng )(🎏)壁时是怎(📙)么解决问(🦖)题的呢(⛅)?
怀(huái )尔斯:当我被卡住时(shí )我会沿着湖边散散步,散(♑)步的好处是(shì )使你会处于(😭)放(fàng )松状态(tài )(♈),同时你的(de )潜意识却在继续工(gōng )作。通常(cháng )遇(🥪)到困(kùn )扰时你并不需要书(🔽)桌(🎡),而且我随时(🐯)把(bǎ )笔纸带(dài )上,一旦(💨)有好(hǎo )主意我(wǒ )会找个(➡)长(zhǎng )椅坐(zuò )下来打草稿……
(🧐)NOVA:这(zhè )七年一定交织(💭)着(zhe )自我怀疑与(yǔ )成功……你不(bú )可能绝对(😱)有(yǒu )把握证明(míng )。
(🍛)怀(huái )(🔒)尔斯:我(wǒ )确实相信(xìn )自己(🐑)在正确(què )(⛎)的轨道上(shàng ),但那并(🦖)不意味(wèi )着我(🌰)一定(dìng )能(🤣)达(dá )到目(☝)标——也许仅仅因为解(🌉)决难题的(🌑)方法超出(chū )(🛺)现有的(🕙)数学,也许我需要的方法下个世纪也(😔)不(bú )会出现。所以(📧)即便我在正确的轨道上,我却(💝)可能生活(huó )在(zài )错误的(🗻)世纪。
NOVA:最终在1993年(🚙),你(🌈)取得了(🎽)突破(📰)。
怀尔斯:对,那(🚏)是(🕢)个5月(yuè )末的早上。Nada,我的(🐳)太(🚱)太,和孩子们(men )出去了。我坐在书(shū )桌前思考最后的步骤(💞),不(bú )经意间看到了一篇论(lùn )文,上面的(😈)一行字(zì )引(yǐn )起了(💘)我的(de )注意。它提到了(le )一(yī )个19世纪的数学结(jié )构,我霎(shà )时意识(shí )到这就(🍴)是我(wǒ )该(gāi )用的。我(wǒ )不停地(dì )工(🚄)作,忘(🏍)记下(🏇)楼午(😷)饭,到(🥔)下午三四(sì )点(diǎn )时我确(què )(🎬)信(🍈)已经证明(🛬)了费(🍁)马大定理(lǐ ),然后下楼。Nada很吃惊(👆),以为我这时才回家,我告(gào )诉她,我(wǒ )解(jiě )决(jué )了费(fèi )马大定理。
最后的(de )修正(zhèng )(♒)
(🔷)NOVA:《纽约时报(bào )》在(zài )头版(🅰)以《终于欢呼(🦃)“我(💌)发(🛩)现了(le )!”,久(jiǔ )远的数学之(🔐)谜获解(🎨)》,但(🗺)他们并(bìng )不知道这个证明中有个错(cuò )误。
怀尔斯:那(🥏)是(✔)个存在于(yú )关键(📼)推导中的错(🌪)误,但(dàn )它(tā )如此微妙(🤪)以(yǐ )至于我(📞)忽略了(🤪)。它很(hěn )抽象(🀄),我无法用(🍏)简单的语言(Ⓜ)描述,就(💗)算(suàn )是数学家(🥪)也需要(🌟)研习(📹)两(liǎng )三个(🍪)月才(cái )(🔢)能弄懂。
(🏕) NOVA:后来你(nǐ )邀请(qǐng )剑桥的(de )数(🏔)学家理(lǐ )查德·泰勒来(lái )协(🔣)助工作,并(🍖)在(zài )1994年修正(zhèng )了这(zhè )(🥫)个最后(🌌)的(de )错误。问(🗺)题(📠)是(shì ),你(💡)的(de )证(zhèng )明和(hé )(📲)费马的(⬛)证(zhèng )明是同(tóng )一个吗(💞)?
(😼)怀尔(ěr )斯(🦆):不可能。这个证明有150页长(🏀),用的是(shì )20世(shì )纪的方法,在(👊)费马时代还(hái )不存(cún )在。
NOVA:那就是(shì )(🌨)说(shuō )费(fèi )(👤)马(mǎ )的(de )最(zuì )(💚)初证明还在某个未被(bèi )发(🌒)现的角落?
怀尔斯:我不相信他有证明(míng )。我(🍜)觉得他说已经找到(dào )解(🥇)答了(le )是在哄自己。这个难题(tí )对业余(💠)爱好者如此特别在于(yú )它可能被(⤵)17世纪(jì )(🀄)的(de )数学(xué )证明,尽管可能性(🔪)极其(🔖)微小。
(🏵) NOVA:所以(🐉)也许(🕉)还(🌯)有(yǒu )数学(xué )家追(zhuī )寻这最(🎇)初的证明。你(nǐ )该怎么办呢(😀)?
怀尔(🛌)斯:对(👈)我来(💳)说都一样,费马是我(wǒ )童年的(de )热(🏈)望。我会再试其他问题(tí )……证明了(le )(🌳)它(tā )我有一丝伤感,它已经(jīng )和(hé )我们一起这(zhè )么久了……(🐁)人们对我说“你把我的(💊)问题夺走了”,我能带(dài )给他们其(qí )他(tā )的东(dōng )西(xī )吗?我感(gǎn )觉到有(yǒu )责任(rèn )。我希(🍇)望通(🐚)过解决这(🌈)个问题带来的兴(xìng )奋(fèn )可以激(🎲)励(🗽)青年(nián )数(shù )学家们解(jiě )决其他(👰)许许多多的(de )难题。
iv
谷山(🐾)-志(zhì )(🎆)村定理(Taniyama-Shimura theorem)建立了椭(tuǒ )圆(yuán )曲线(xiàn )(代(dài )数几何的(⛪)对象(🍜))和模形式(某(🍉)种数论中用到的周期性全纯函数(🍦))之间的(🐞)重(chóng )要(🔎)联系。虽(suī )(🕢)然名字(zì )是从(🐁)谷山-志村猜想(xiǎng )而(ér )来,定(🉐)理的(🛤)证明(míng )是由(yóu )安(ān )德鲁·怀尔(👬)斯(🕛), Christophe Breuil, Brian Conrad, Fred Diamond,和Richard Taylor完成(⛱).
若p是(🍡)一个质数而E是一(🕦)个Q(有理数域(💉))上(🧙)的(🤢)一个椭圆曲线,我(wǒ )们可(kě )(😦)以简(jiǎn )(🕓)化(huà )(💆)定义(🤠)E的方(fāng )程模p除了有(🔖)限个p值,我们会(🆚)得到有np个元素的有限域Fp上的一(yī )(🕖)个(👵)椭圆曲线。然后考虑如下序列
(🥀)ap = np − p,
这是(🎚)椭圆曲线E的重要的(de )(🛰)不(📈)变(biàn )量。从傅里叶变换,每个模(🛏)形式也(yě )(🍷)会产生一个数列。一个其序列和从(🥟)模形式得(🌬)到的序(xù )(🛢)列相同的椭圆曲线叫做模的。 谷山-志村定(🐠)说:
"所有(yǒu )Q上(shàng )的椭圆曲(qǔ )线是(🐾)模的"。
该定理在1955年9月(👷)由谷山(shān )丰提(tí )出猜(cāi )想。到(🏐)1957年(nián )为止,他和(hé )志村五郎一(yī )起改进了严(yán )格性。谷(gǔ )山于(yú )1958年自杀身亡(wáng )。在(zài )1960年(🚃)代,它和(hé )统(tǒng )一数学中的猜想Langlands纲领(📆)联系了起(qǐ )来,并是关键的组成(chéng )部分。猜想(xiǎng )由André Weil于1970年(nián )代重新(🚶)提(💹)起(🐮)并得到推广,Weil的名字有一段(duàn )时(shí )间和(hé )(🧗)它联系在(zài )一起。尽管(🏽)有明(🙍)显的用处,这个问题的深度(⚪)在后(⬆)来的发展之前并(🎫)未被人(rén )们所感(gǎn )觉(jiào )到。
在(🔭)1980年代当(🦇)Gerhard Freay建议谷山-志村猜(cāi )想(➡)(那时还是猜(cāi )想(👻))蕴含着费(🏀)马最后定理的时候,它(♍)吸引到(😵)了不少注意力。他通(🗒)过(guò )试(🤢)图表明(💤)费尔马大(dà )定理(🗯)的(🔅)任何范例会导致一个(gè )非模的椭圆曲线来做(zuò )到这一点(👻)。Ken Ribet后来证明(✉)了这一结果。在1995年,Andrew Wiles和(hé )Richard Taylor证明了谷山-志村定理(📥)的一个(🕦)特殊(🔚)情况(半(bàn )稳定椭圆(🦔)曲线(xiàn )的情况(🔞)),这个特(🌩)殊情况足以证明费尔(🧀)马大(🧙)定理(🈷)。
完整(zhěng )的证明最后于(yú )1999年由Breuil,Conrad,Diamond,和Taylor作出,他们在Wiles的(🎛)基础上(😳),一块一块(kuài )的逐步证明剩(🍂)下(🙎)的情况直(📍)到全部完成。
(🔇) 数论中类似于费(🏤)尔马(🕢)最后定理得几(jǐ )个(gè )定理(🔗)可以(🤧)从谷山(🐹)-志(🈷)村定理得到。例如:没有立方(fāng )可(kě )以写(xiě )(🧚)成两个(➰)互(hù )质n次幂(mì )(♋)的和, n ≥ 3. (n = 3的情况(kuàng )已为(wéi )(➡)欧(ōu )拉(lā )所知)
在1996年(🎦)三(💆)月,Wiles和Robert Langlands分享(🗳)了沃尔夫奖。虽然他们都(dōu )(👦)没(♈)有(🤰)完(🍁)成给予他(🏼)们(🕦)这个成就的定理的(🏓)完整形式(🍹),他们(👄)还是被认为对(duì )最终完(📟)成的证明(🥢)有着决(👅)定性影响。