如何看待京都大学的望月新一教授证明「ABC猜想」,发表在其主编的期刊上?

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《黄帝宅经》讲:“所以包罗万象,举一千从,运变无形而能化物,大矣哉,阴阳之理也。”

——题记

在举国取得抗疫情阶段胜利,而世界数学界突然爆出震感在9.999级之上的撼天震地的新闻:

《自然》杂志最近发表专题文章,评论8年前提出的abc猜想证明终于被认可发表的曲折过程。

日本著名数学家望月新一(英文名:Shinichi Mochizuki),于2012年提出了4篇共长达512页的论文(经过修改和增补,后已超过600页),宣称自己解决了这一重大猜想。

他在论文中自创了一个让人不可思议的理论,命名为“宇宙际Teichmüller理论”,简称IUTT,即IUT理论。

更让人不可思议的是,他一发不可收拾,接连创造了好多“炼金”术语,例如“宇宙暗边际之极”、“霍奇影院”(Hodge Theater)、“外星算数全纯结构”(alien arithmetic holomorphic structures)等。虽然看起来有点中二,但是莫名让人听的热血沸腾是怎么回事呢?


绝大多数数学家看不懂该证明,截至2017年底只有十几位数学家称能看懂该论文,其他数学家一直在尝试检查证明是否正确。

2018年,两位数学名家皮特·舒尔策和雅克比·斯蒂克斯(Jakob Stix)因实在不理解证明中的关键步骤,专程前往京都大学访问望月新一及其同事。结果双方谁也说不服谁,于是舒尔策和斯蒂克斯公开撰文表示认为这一论证仍存在关键漏洞。望月则认为是舒尔策等人理解得不对。舒尔策以过人的理解能力和思考深度著称,是望月论文的早期读者之一,也上过望月的博士导师法尔廷斯的课。

经过八年的奋斗,孤立无援的日本数学家望月新一终于“松了一口气”,这项工作曾使许多数学家感到困惑,他们花了多年的时间来理解它。他的理论终于得到了认可,他的600页的abc猜想证明作为数论中最大的开放问题之一被认同出版。

什么是abc猜想?

abc猜想,最初由法国数学家约瑟夫·奥斯特莱大卫·马瑟,在1985年提出。

并且一经提出,abc猜想就成为数论领域的重要猜想之一。

只是和哥德巴赫猜想不同的是,向大众说明abc猜想本身,就是一个复杂的过程。

大概如下:

有三个互质正整数a、b、c,且c=a+b。所谓互质,即它们的最大公约数是1。

因此8 + 9 = 17、5 + 16 = 21是符合条件的一组数字,但是6 + 9 = 15不是。

接着,我们把abc的质因数都提取出来,比如5、16、21的质因数是5、2、3、7,这些质因数相乘的结果为210,这个数比原来的三个数大得多。

又比如5、27、32,它们的质因数是5、3、2,相乘结果为30,就比32小。

但第二种情形极为罕见。如果a和b都是小于100的数,我们能找到3044个符合条件的abc组合,其中只有7组满足第二种情形。

而abc猜想要证明的,就是符合第二种情形的abc组合,只有有限个。

数学家们把abc的质因数乘积记作rad(abc)。用严谨的数学语言来表述就是:

对于任何ε>0,只存在有限个互质正整数的三元组(a, b, c),c = a + b,使得:

c > rad(abc)1+ε

这就是ABC猜想的表述了,听起来好像不如以前我们知道的数论中的猜想那样精确直观。比如费马最后定理:a^n + b^n = c^n , 当 n 大于等于3时就没有整数解了。可以说除了尚未解决的涉及多个数学分支的猜想界皇冠黎曼猜想以外,与ABC猜想的影响力相比,其他数论中的猜想,诸如哥德巴赫猜想、孪生质数猜想,以及已经解决的费马最后定理,都只能算是战斗力只有5的渣滓。

又比如哥德巴赫猜想:一个数一定表示成两个质数之和。ABC猜想不但涉及加法(两个数之和),又包含乘法(质因子相乘),接着还模糊地带有点乘方(1+ε次方),最坑爹的是还有反例存在?这实在有点山寨——如果你这样想,那就太小瞧这个猜想了。实际上,除了尚未解决的涉及多个数学分支的猜想界皇冠黎曼猜想以外,与ABC猜想的影响力相比,其他数论中的猜想,诸如哥德巴赫猜想、孪生质数猜想,以及已经解决的费马最后定理,都只能算是战斗力只有5的渣滓。

证明过程极具争议,从500页到600页论文多次修订,历时8年终被承认

八年来,望月新一这一论文的发表与认可过程,本身就是一个一波三折的传奇。这个传奇始于望月新一于2012年8月30日悄悄发布了他的预印本,不是在数学家首选的存储库arXiv.org上,而是在他自己的网页上。该论文以坚不可摧的、特质的风格撰写,似乎完全由数学业界中其他人完全不熟悉的数学概念组成。论文发表后不久,威斯康星大学的一位数字理论家在他的博客上写道,“就像您可能从未或是从太空中阅读论文一样。”

望月新一拒绝了所有出国讲授他的理论的邀请。尽管当时他的一些紧密合作者说他们发现该证明是正确的,但世界各地的专家们常常不情愿地努力探索它,更不用说对其进行验证了。在随后的几年中举行了有关该主题的会议,与会者报告了部分进展,但表示可能要花很多年才能得出结论。

纽约哥伦比亚大学的数学物理学家彼得·伍伊特(Peter Woit)在他的博客上于2017年12月写道,该期刊的接受将创造一种“历史上在数学上无与伦比的情况:一本备受尊敬的期刊声称他们已经审查了这是一个非常著名的猜想,而研究该领域的大多数专家却无法理解该证明。”

 据称该论文对于习惯于既有框架的数学家来说极其难懂,因而引发了震惊和激烈讨论。波恩大学的彼得·斯科尔兹(Peter Scholze)和法兰克福歌德大学的雅各布·斯蒂克斯(Jacob Stix)反驳了这一证明,指出了他们认为是错误的一个关键的具体段落。斯科尔兹被认为是数论方面的权威,并将于2018年8月获得数学领域的最高荣誉菲尔兹奖。

望月新一在当时的网站上发表的评论中驳斥了该批评意见,认为两位数学家根本无法理解他的作品。在昨天的在日本举行的新闻发布会上,证明方案本身并未因斯科尔斯和斯蒂克斯的批评而改变,但关于它的一些评论也将在稿中发表。

出版该杂志的欧洲数学学会(EMS)主席沃尔克·梅尔曼(Volker Mehrmann)表示,如果该期刊的编辑“抛弃这些批评”并在不进行重大修订的情况下发表该论文,就会产生严重影响。

八年来,这一重大论文经历了跌宕起伏、好事多磨的传奇过程,现在总算可以认可发表。在数学世界中,期刊的认可印章通常并不表示是同行评审过程的终结。一个数学证明,特别是重大的数学证明,重要的是只有在数学业界达成共识后才能真正成为公认的定理,并且可能在论文正式发表后持续数年。

近代分析学之父巴纳赫曾说:“数学家能找到定理之间的相似之处,优秀的数学家能看到证明之间的相似之处,卓越的数学家能察觉到数学分支之间的相似之处。最后,顶级的数学家能俯瞰这些相似之处之间的相似之处。”

望月新一用的证明ABC猜想的理论工具是“远阿贝尔几何”。可以说,望月证明ABC猜想的目的之一,就是要把远阿贝尔几何发扬光大。

结语

望月新一构造了一个宏大的宇宙,里面就住着他一个人。望月新一的工作与以前的如此不同。他试图从数学的根基改革。大部分数学家不乐意投入时间去理解这项工作,因为他们没有看到清晰的回报:没人知道望月新一发明的这个数学机器是怎么运行的,是否可以被用来做计算。

这是一个巨人博弈的时代!数学界的博弈,丝毫不亚于冷兵器时代血淋淋的搏斗!阿蒂亚以89岁的高龄和黎曼猜想搏斗!无论是否成功,其精神可嘉!舒尔兹领衔的研究,和望月新一的搏斗,

残酷而望月新一胜出令人感动!这是一个伟大的时代!

参考文献:“摇摆不定的数论数学证明终将被发表”

出版刊物:《自然》2020年4月3日