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他只活了39年,却用一篇论文称霸数学界160多年......

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2020年05月30日 22:28 新浪网 作者 超级数学建模

  百万富翁

  你也可以

  不知道模友们,有没有听过数学圈里的一个笑话:怎样用世界上最难的方法挣到100万美元?

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  虽然是个笑话,但这的确是千真万确的事,也就是说:100万美元的奖金,你们还是有机会的!

  什么是黎曼猜想

  黎曼猜想,是关于黎曼ζ函数ζ(s)的零点分布的猜想,由德国天才数学家波恩哈德·黎曼于1859年提出。

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  波恩哈德·黎曼

  关于黎曼猜想的提出,也是十分有趣。

  1859年,黎曼被选为柏林科学院的通信院士,为了表达自己的感激之情,他决定将自己的一篇论文献给柏林科学院。

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  1859年黎曼关于这个猜想的手稿

  这篇论文就是《论小于给定数值的素数个数》,研究的是一直深受数学家喜爱的问题——素数的分布。

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  黎曼将素数的分布问题归结为函数的问题,认为有一个特殊的函数(黎曼ζ函数),使其取值为零的一系列的特殊的点(黎曼ζ函数的非平凡零点)决定着素数分布的细致规律。

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  黎曼猜想

  不过,谁能想到,这篇只有短短八页的论文,便诞生了这道百年谜题——黎曼猜想

  然而,这篇惜字如金得让好几代数学家为之气炸论文里面该有的性质证明,只有一句——“证明从略”!

  也许在黎曼眼里,黎曼ζ函数的一些重要性质证明,根本就不是什么事儿,只是想让其他数学家练练手!

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  就这样过了7年,39岁的黎曼因病无法治愈告别了人间,很多数学家,只好一点一点地证明黎曼猜想。

  1896年,法国的哈达玛,在黎曼去世的30年后,终于抵达黎曼猜想的三八临界线边缘——证明了黎曼ζ函数的非平凡零点只分布在带状区域的内部,并顺手证明了困扰数学界一百年的素数定理。

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  但黎曼猜想,仍然是个谜!

  为什么黎曼猜想那么难

  1900年,德国大数学家希尔伯特,在巴黎的国际数学家大会上(ICM),代表数学界提出了23个“数学难题”,其中"黎曼猜想",赫然在列。

  那黎曼猜想,究竟有多难证明呢?

  作为一道“数学难题”,没有证明过程是没有灵魂的!先来看看一大波响当当的数学家,是如何证明的:

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  1903年,即黎曼猜想公布的第44年,丹麦的格拉姆,第一次算出了前15个非平凡零点的具体数值,也是人们首次看到零点的模样。

  过了11年,丹麦的玻尔与德国的兰道,才窥得了黎曼ζ函数的非平凡零点倾向于“紧密团结”在临界线的周围。

  到了1925年,英国的李特尔伍德与哈代,通过改进了计算方法,算出前138个零点,这基本达到了人类计算能力的极限。

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  7年后,德国的西格尔在黎曼的手稿里,找到了其他关键的公式,而他本人也因为让黎曼的公式重现天日,而获得数学界的诺贝尔奖——菲尔兹奖。

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  后来,基于这一公式,人工智能之父图灵,计算出了函数的 1104 个非平凡零点,从此开启了计算机辅助零点计算的接力赛。在1966年,非平凡零点已经验证到了350万个。

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  又过了9年,美国的莱文森,证明了黎曼函数临界线上的零点占全部零点的比例达到了 34.74%。1年后,中国的楼世拓与姚琦证明了比例达到 35%。

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  华罗庚、潘承洞和楼世拓

  就这样,一代又一代的数学家,前赴后继地进行零点计算的接力赛,力求证明这个猜想。

  悬赏百万美元的千禧问题

  时隔100年,美国克雷数学研究所于2000年,在巴黎召开数学会议,让参加会议的数学家们,投票评选出数学界最为重要的7个数学难题。

  就这样,你一票,我一票,黎曼猜想出道了!成为数学界传说中的七大"千禧问题"之一

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  与此同时,该研究所,也专门为每个难题设立了100万美元的巨额奖金,黎曼猜想因此跻身"百万富翁"行列,成为唯一一个在两次数学会议都被认定为难题的数学问题。

  2004年,非平凡零点已经验证到了8500亿。不久后,法国团队将黎曼Zeta函数的零点,计算出了前10万亿个,仍然没有发现反例。

  直到2018年9月份,阿蒂亚老爵爷,在海德堡获奖者论坛上宣讲,关于黎曼猜想的演讲证明,虽然没有得到学界的认可,但也有学者表示,他的思路或为后续黎曼猜想证明提供了一种新思路。

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  阿蒂亚老爵爷关于黎曼猜想的演讲证明

  同年10月份,北京大学李忠教授,在中国科学院数学与系统科学研究院,作了有关Riech度量严格证明了黎曼假设的报告。

  这样子看来,黎曼猜想仍然是数学界的一个谜,然而,跨越百年对一个数学问题的追寻,也让很多人开始沉思这样一件事情:为什么要证明黎曼猜想呢?它究竟有多重要呢?

  为什么黎曼猜想如此重要 

  国内知名科普作家卢昌海对于黎曼猜想做过这么一句评价:

  与费马猜想时隔三个半世纪以上才被解决,哥德巴赫猜想历经两个半世纪以上屹立不倒相比,黎曼猜想只有一个半世纪的纪录还差得很远,但它在数学上的重要性要远远超过这两个大众知名度更高的猜想。

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  卢昌海

  作为当今数学界最值得期待解决的数学难题,可以说,黎曼猜想的对否,直接影响了整个以黎曼猜想作为前提的数学体系。

  毕竟,我们现有很多数学命题,都是以黎曼猜想及推广形式的成立作为前提。

  一旦黎曼猜想及其推广形式被证实,就会成为坚不可摧的数学定理;相反,那将会有1000多个数学命题不可避免成为黎曼猜想的“陪葬品”。

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  约翰·纳什

  再者,黎曼猜想与数论中的素数分布问题存在极为紧密的关系。

  在数论中,素数分布问题是重点研究的课题;而黎曼猜想,研究的恰恰是素数的分布。

  也就是说,黎曼猜想的对否,也将直接影响数论,特别是研究素数分布的数学家,都将是一个不可磨灭的存在。

  难怪希尔伯特曾说:如果500年后能重回人间,我最想知道的,一定是黎曼猜想解决了没有。

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  还有,黎曼猜想从提出到现在已有160年,黎曼猜想的早已从数学界跨越到物理学界。

  比如让爱因斯坦流芳千古的广义相对论,广义相对论最初源于爱因斯坦意识到引力并不是一种力,而是时空几何弯曲的体现

  然而,当时并没有数学理论来支撑爱因斯坦的想法,直到爱因斯坦了解到黎曼的“非欧几何”,才让广义相对论提早问世。

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  当爱因斯坦骄傲地说下”没有我,哪怕50年也不会出现广义相对论”时,最有资格站在爱因斯坦旁边一起吹牛的,也只有黎曼了

  写在最后

  其实,黎曼一生发表的论文寥寥无几,加上博士论文也只有10篇。

  然而,他的这篇天才论文,却开创了一个时代时至今日,论文中的很多结论都还未能证明,但对于其他数学家来说,无异于一座宝藏。

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  如果黎曼可以再活多十年,这座宝藏也许不用等到今天,说不定早就被他亲手打开了。

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  像黎曼这样用一篇论文改变一个数学时代的不世奇才,如果能天天和大神零距离接触,那一定能轻松蹭到大神光环,分分钟解锁全新的学霸人设。

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