浅谈数学的几个方面(第2页)
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令人费解的是,证明地球上四色定理,困难多了。现有的证明,需要计算机的帮助,与传统的证明不同。而我们觉得最简单的情况,即我们住的地球球面上的着色问题反而特别复杂。把扩充的问题解决了,得到了很有意思的结论。但是回到基本问题,反而更难。这种现象不止这一个,还有很多,一个例子是所谓的低维拓扑,即推广的问题更简单,而本身核心的问题反而不易克服,这确是数学神秘性的一面。
3.椭圆曲线
最近的数学进展,最受人注意的结果就是Fermat大定理的证明。Fermat大定理说:方程式xn+yn=zn ,n>2没有非平凡的整数解(即xyz≠0)。这个传说了300年的结果的证明,最近由 Princeton大学的教授Andrew J.Wiles(英国数学家)给出。但证明中缺一段,是由他的学生Richard Tarlor补充的。因此,Fermat定理现在已经有了一个完全的证明。整个文章发表在最近一期的“Annals of Mathematics"(Prinston大学杂志,1996,第一期)整个一期登的是Wiles与Taylor的论文,证明Fermat定理 (Wiles 为此同Robert Langlands 获得了1996年的Wolf奖与National Academy Science Award in Mathematics)。
有意思的是,证明这个定理的关键是椭圆曲线。这是代数数论的一个分支。有以下一则 故事。英国的大数学家G.H.Hardy(1877-1947)有一天去医院探望他的朋友,印度天才数学家S.A.Ramanujan(1887-1920).Hardy 的汽车号是1729。他向 Ramanujan说,这个数目没有意思。Ramanujan说,不然,这是可以用两种不同方法写为2个立方之和的最小的数,如1729=13+123=93+103。这结果可用椭圆曲线论来证明。我们知道,要找一个一般方程的解不容易的,而要找一个系数为整数的多项式方程P(x,y)=0(传统上叫Diophantine方程)的整数解更困难。因为普通的解不会是整数,这是数论中的一个主要问题。
需要说明的,在Wiles完成这个证明之前,我有一位在Berkley的朋友Kenneth A.Ribet,他有重要的贡献。他证明了一日本数学家Yutaka Taniyama的某一个关于椭圆曲线的假设包含Fermat定理。于是可将Fermat定理变为一个关于椭圆曲线的定理。Wiles根据Ribet的结果又继续经过了许多步骤,以至达到最后的证明。即在复平面内得到曲线。由复变函数论知道,复平面内的曲线就成为一个Riemann曲面。Riemann曲面为定向曲面,它可以是球,也可以是球加上好多把手。其中有一个最简单的情形,就是一个球加上一个把手,即一个环面。环面是个群,且为可交换群。所谓椭圆曲线,就是把这个曲线看成复平面内亏格(genus)等于1的复曲线。亏格等于1的曲线有一个非常深刻而巧妙的性质。即它上面的点有一个可交换群的构造。两个点可以加起来,且有群的性质。这是很重要的性质。椭圆曲线与椭圆无关。原因是,若所有曲线的亏格大于1,相当于Riemann曲面有一个Poincare度量,它的曲率等于1,所有曲面若其曲率等于—1,则叫做双曲的。亏格等于1的叫椭圆。亏格等于0的叫抛物线。椭圆曲线的研究是数论中非常重要,非常有意思的方面。最近一期的科学杂志(Science),有位先生写了一篇关于椭圆曲线的文章。椭圆曲线在电报的密码上有应用。而中国也有很多人在做代数几何与代数数论方面的工作。最近在黄山有一个国际性的,题为“代数几何与代数数论”的会议,由冯克勤先生主持。
从这个定理我们应认识到:高深的数学是必要的。Fermat定理的结论虽然简单,但它蕴藏着许多数学的关系,远远超出结论中的数学观念。这些关系日新月异,十分神妙,学问之奥,令人拜赏。我相信,Fermat定理不能用初等方法证明,这种努力是徒劳的。数学是一个整体,一定要吸取几千年所有的进步。
4.拓扑与量子场论
1995年初的一天晚上,我在家看晚间电视新闻。突然,我听到自己的名字,大吃一惊。 原来加利福尼亚发一种,头彩300万美元,若无人中彩的话,可以积累到下一次抽彩。我从前的一个学生,名Robert Uomini,中了头彩美金2200万元。他曾选过我的本科课,当时还对微分几何很有兴趣。他很念旧,以100万美元捐赠加州大学,设立“陈省身讲座”。学校决定,以此讲座邀请名学者为访问教授。第一位应邀的为英国数学家Sir Michael Atiyah。他到中国不止一次。他是英国影响最大的数学家,剑桥大学三一学院的院长,则卸任的英国皇家协会会长。Atiyah很会讲学,也很博学,他的报告有很大的吸引力。他作了八讲,讲题是“拓扑与量子场论”。

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