数之魅惑:《费马大定理》阅读手记
千年间涌现出的大多数女数学家一样,索非·热尔曼终生未婚。
凡物皆数,这就是数学的魔力。
数字会奇妙地出现在各种各样的自然现象中。综观世界上所有曲曲弯弯的河流,剑桥大学的地球科学家汉斯·亨利克发现,从河源头到河入海口之间,实际长度与直线距离之比,基本接近于圆周率的值。爱因斯坦提出,这个数字的出现是有序与紊乱相争的结果。
事实上早在公元前6世纪,毕达哥拉斯就发现了数与自然之间的关系。他认识到自然现象是由规律支配的,这些规律可以用数学方程来描述。比如,他在铁匠铺里发现了音乐和声与数的调和之间的关系:那些彼此间音调和谐的锤子有一种简单的数学关系,它们的质量彼此之间成简单比,或者说简分数,像二分之一、三分之一、四分之一。
在昆虫中,蝉的生命周期是最长的,17年。这个素数年数有没有特殊的意义?按照生物学家的解释,这个为素数的生命周期保护了它。只有两种寄生物可以威胁到它:1年期或17年期。而寄生物不可能活着接连出现17年,因为在前16次出现时没有蝉供它们寄生。于是,生命周期为素数有着某种进化论意义上的优势。事实也证明了这一点:蝉的寄生物从未被发现。
数字本身的神秘,更是扣人心弦。完满数意即一个数的因数之和恰好等于其本身的数,比如6的因数为1、2、3,后者相加正好是6,所以是完满数。这个概念已经提出将近三千年了,而数学家们发现的完满数才30个,而可爱的老6,就是最小的那个。圣奥古斯丁说:“6是一个数,因其自身而完满,并非因上帝在6天中创造了万物;倒过来说才是真实的:上帝在6天中创造万物是因为这个数是完满的。”
再比如26,费马注意到它被夹在一个平方数(25是5的平方)和一个立方数(27是3的立方)之间。他寻求其他这样的数都没有成功,那么26是不是唯一的?迄今没有人能够拿出证明。
说一不二,是数学的另一个魔力。
在数学王国,不存在公说公有理,婆说婆有理,不存在正方反方的辩论赛,参赛者抓阄决定自己的立场,最后获胜的居然是口才好的人。
在数学词典中,数学证明是一个有力而严格的概念,它高于物理学家或化学学家所理解的科学证明。科学证明靠的是观察和理解力,按照评判系统来运转,如果有足够多的证据证明一个理论“摆脱了一切合理的怀疑”,那么这个理论就被认为是对的。而数学并不依赖于容易出错的实验的证据,它立足于不会出错的逻辑,推导出无可怀疑的正确并且永远不会引起争议的结论。
科学仅仅提供近似于真理的概念,而数学,本身就是真理。数学赋予科学一个严密的开端,在这个绝对不会出错的基础上,科学家再添加上不精确的测量和有缺陷的观察。
于是我们就能理解数学家们的残酷,依靠计算机的帮助,有人能断定费马大定理对直到400万为止的幂都是对的,但该命题依然不算被证明。
在这方面不是没有反例。31、331、3331、33331、333331、3333331、33333331,经过仔细的探究,数学家们证明了这些数都是素数,那么是不是这种形式的数都是素数呢?下一个数333333331就不是,它可以被分解为17乘以19607843。
费马大定理之后,欧拉也提出过一个猜想,即不可能将一个高于2次的幂写成三个同样次幂的和。二百多年来没有人能证明这一猜想,后来用计算机细查,仍未找到解,没有反例是这个猜想成立的有力证据,但谨慎的数学家是不会因此而承认欧拉猜想的。果然,1988年,哈佛大学的内奥姆发现了一个解:2682440的4次幂加153