证明是一个偶像,数学家在这个偶像前折磨自己!
閔可夫斯基
一次拓撲課,閔可夫斯基向?qū)W生們自負的宣稱:“這個定理沒有證明的最要的原因是至今只有一些三流的數(shù)學(xué)家在這上面花過時間。下面我就來證明它……”于是閔可夫斯基開始拿起粉筆。這節(jié)課結(jié)束的時候,沒有證完,到下一次課的時候,閔可夫斯基繼續(xù)證明,一直幾個星期過去了……
一個陰霾的早上,閔可夫斯基跨入教室,那時候,恰好一道閃電劃過長空,雷聲震耳,閔可夫斯基很嚴肅的說:“上天被我的驕傲激怒了,我的證明是不完全的……”?
閔可夫斯基是誰?沉浸在這個問題當中,表示就算是為了面子也要證明出來……???
閔可夫斯基,曾是愛因斯坦的數(shù)學(xué)老師,他創(chuàng)建的閔可夫斯基時空為后來廣義相對論的建立提供了框架。
有一段時期,愛因斯坦老是不去聽課,以至于被閔可夫斯基罵他“大懶蟲”。但萬萬沒想到的是,這個懶蟲后來竟然創(chuàng)立了著名的狹義相對論和廣義相對論。
那個讓閔可夫斯基沉浸的問題,就是四色猜想……
1942年的時候,萊夫謝茨去哈佛做了個報告,伯克霍夫是他的好朋友,講座結(jié)束之后,就問他最近在普林斯頓有沒有什么有意思的東西。萊夫謝茨說有一個人剛剛證明了四色猜想。伯克霍夫嚴重的不相信,說要是這是真的,就用手和膝蓋,直接爬到普林斯頓的Fine Hall去,Fine Hall是普林斯頓的數(shù)學(xué)樓。
四色猜想是數(shù)學(xué)界最著名的猜想之一,即能否只用四種顏色給任意一張地圖上色。這一猜想已經(jīng)被證明是正確的,但它的衍生問題仍然讓數(shù)學(xué)家著迷不已。
用數(shù)學(xué)語言表示就是:
“將平面任意地細分為不相重疊的區(qū)域,每一個區(qū)域總可以用1、2、3、4這四個數(shù)字之一來標記而不會使相鄰的兩個區(qū)域得到相同的數(shù)字。”
1976年,通過計算機暴力窮舉,四色問題被碾壓式證明
但到目前為止,還是沒有人能小清新式的邏輯證明。
而這個困擾人們一百多年的問題,最初是由一個搞地圖測繪的大學(xué)生提出的。
1852年,倫敦大學(xué)的格斯里發(fā)現(xiàn)無論地圖有多復(fù)雜,總是能用4種顏色給不同的區(qū)域上色,且不會出現(xiàn)相鄰區(qū)塊顏色一樣的情況。
格斯里,妥妥理工男的魅力,非要找個所以然!?
于是,格斯里拉上弟弟開始四色問題的證明,結(jié)果沒成功。。。
于是,他弟弟拿著問題跑去找他的老師、數(shù)學(xué)家德摩根,再次沒能證明成功。?
德摩根便寫信給好友大數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家哈密頓請教。很可惜再次證明失敗。
但“假的三人成虎”,四色問題開始在數(shù)學(xué)江湖傳來傳去,而當時三等分角和化圓為方問題已在江湖上“臭名昭著”,“四色瘟疫”也悄無聲息地慢慢傳播開來?
世界上許多一流的數(shù)學(xué)家都紛紛參加了四色問題的證明大戰(zhàn)。
在這期間,律師出身的肯普也耳尖得知了這個消息,而且,用了不到一年的時間,便完成了一篇論文,在《自然》雜志里宣布他解決了四色問題,證明了四色猜想是正確的。?
一時間,大家都認為四色猜想就這樣得到了解決,肯普的證明一度被廣為接受。。。?
不過正在牛津大學(xué)讀書的學(xué)生希伍德指出存在一個致命的錯誤——肯普說沒有極小五色地圖能有一國具有五個鄰國的理由是有破綻的。
這樣來來去去,為了四色定理,數(shù)學(xué)家與數(shù)學(xué)愛好者殺的天昏地暗,日月無光。
鑒于這種尷尬的情況,喜愛炒作與秀智商的《紐約時報》也開始懷疑人生,表示不跟著他們玩了:以后本報再也不會報道任何有關(guān)四色問題的新聞了,因為所有的證明都是假的!!
雖然無數(shù)種證明都被否定了,但其中也不乏誕生一些新的方法,好比肯普的證明中,他就引入了“構(gòu)形”與“可約”兩個重要概念,逐步發(fā)展出的檢查構(gòu)形以決定是否可約的一些標準方法,能夠?qū)で罂杉s構(gòu)形的不可避免組,成為了解決四色問題的重要依據(jù)。
進入20世紀之后,人們對四色猜想的證明,基本上是按照肯普的想法在進行,雖然進程有點緩慢。
1913年,美國著名數(shù)學(xué)家、哈佛大學(xué)的伯克霍夫在肯普的基礎(chǔ)上引進了一些新技巧,證明了某些大的構(gòu)形可約;
1939年,美國數(shù)學(xué)家富蘭克林證明了22國以下的地圖都可以用四色著色;
1950年,溫恩從22國推進到35國;
1960年,有人又證明了39國以下的地圖可以只用四種顏色著色;
隨后又推進到了50國,甚至是95國,四色猜想都是正確的。
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可怕的是,還是沒能證明任意地圖都是可以用四色著色的。
直到電子計算機的問世,德國數(shù)學(xué)家海因里希·黑施開始通過電腦程序來證明四色問題,數(shù)學(xué)家們迅速聞風(fēng)而動。?
終于在1976年,美國伊利諾斯州大學(xué)的兩位數(shù)學(xué)家肯尼斯·阿佩爾和沃夫?qū)す?#xff0c;宣布他們用電子計算機“證明”了四色問題。
他們構(gòu)造了近2000個圖,用高速運轉(zhuǎn)的電子計算機分1482種情況進行了驗證,占用了1200多個機器小時,作了100億個判斷最終證明了四色定理。
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當證明出來的時候,阿佩爾興奮到忍不住在黑板上寫下了感言:“程序已仔細測試,看來四色足夠。”
而宣布結(jié)果當天,當?shù)氐泥]局發(fā)出的郵件上也加蓋了“四色足夠”的特制郵戳,以慶祝這一世界難題終于被解決。
盡管四色問題的計算機證明,轟動了整個數(shù)學(xué)界,但是,阿佩爾與哈肯的這種證明方式并沒有完全得到人們的接受。
用現(xiàn)在的話說,他們太依賴超級電子計算機做證明,這一點都不酷!
阿佩爾和哈肯后來為了表達他們做的事很酷,說了這樣一番話,四色猜想的推理證明是非常必要的。將來可能會有一位中學(xué)生來完成這個證明。
最后,今年 5 月一位俄羅斯科學(xué)家在線發(fā)表的一篇論文推翻了 53 年前提出的猜想,為圖著色問題提出了新的最優(yōu)解。這篇論文僅僅三頁,卻證明了對于某些特定的網(wǎng)絡(luò)而言,著色問題存在許多數(shù)學(xué)家沒有想到的更好的解法,感興趣的朋友可以網(wǎng)上搜索查看!
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總結(jié)
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