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距摘取数论明珠仅一步之遥

时间:2023-07-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:原来这位数学新星就是那个“怪人”,名叫陈景润。让无数人竞折腰的数论“明珠”陈景润1933年5月22日出生于福建闽侯的一个贫困家庭。那一夜,陈景润彻夜难眠,他下定决心,今后要尽最大努力去攻坚克难!人们将其称为哥德巴赫猜想。近300年来,为了摘取这颗明珠,成千上万的数学家进行了无数艰辛的尝试与探索。这是一个重要的转折点。随后欧洲有数学家证明了“1+3”,使哥德巴赫猜想又得以推进了一大步。

距摘取数论明珠仅一步之遥

理发店里惹人注目的“怪人”

20世纪60年代初,在北京的一个理发店里,人头攒动、熙熙攘攘。为了避免大家乱了次序,理发店主就给每人发了标明排队号的小牌子。此时,一个头发已经很长的人拿到了号牌,但却和其他以闲聊、东张西望来消磨时间的人不同。这个人,时而在小笔记本上写着什么,时而抬起头,出神地思考着什么,引得周围的人十分不解,后来人们也就各干各的了。突然,这个人猛地站起来,一声不吭地大步走了出去。理发师傅还喊他了一声:“您还没理发呢!”但这个人心无旁骛,根本没听见,一阵风般走远了。周围的人都说:“真是个怪人!”这个怪人这是干什么去了呢?他直奔图书馆,翻出好大一摞书,不断翻阅并做笔记。直到夕阳西下,他才想起自己还没理发的事儿。他摸摸口袋里的号码牌,又摸了摸自己已经相当长的头发,又看了看天色,无奈地叹了口气—自己的老毛病又犯了。

第二天,再次路过理发店的他把号码牌还了回去,想要再次排号,理发师傅看着这个不知已经排了几次队,还没理上发的“怪人”,叹了口气,优先给他理了发,私下感叹这世上还真是什么样的人都有。

几年后,一位数学界的新星一举成名天下知,他的大幅照片挤占了各类报纸的头版头条。街头巷尾,人们都在谈论这个新星。此时,有位理发师傅却瞠目结舌地拿着报纸,一边惊讶,一边感叹苦心人天不负。原来这位数学新星就是那个“怪人”,名叫陈景润

让无数人竞折腰数论“明珠”

陈景润1933年5月22日出生于福建闽侯的一个贫困家庭。陈家并非知识分子家庭,但陈景润从小就非常好学。在小学与中学时,就对数学情有独钟,把相当多的课余时间都用在了演算习题上,在学校里成了远近闻名的“小数学迷”。后来,他以全校第一名的成绩成功考入三元县立初级中学。

在高中学习的过程中,班主任沈老师讲了一道非常有趣的古典数学题—“韩信点兵”,并介绍了中国古代对世界数学发展的贡献,谈到了祖冲之对圆周率的研究成果领先西欧1000年;南宋人秦九韶对“联合一次方程式”的解法,也比欧洲数学家欧拉早500年。但近代以来,西方数学突飞猛进,中国数学却停滞不前。沈老师希望学生们可以在将来创造更大的奇迹,让世界对中国的数学研究刮目相看。这时沈老师抛出这样一番话:自然科学的皇后是数学,数学的皇冠是数论,“哥德巴赫猜想”则是皇冠上的明珠,是数论当中几百年来始终未解的难题,我希望你们当中有人可以把它摘下来!由于陈景润最感兴趣的始终都是数学,课后,沈老师问陈景润对哥德巴赫猜想有什么看法,有没有信心解决这个难题。陈景润说:“我能行吗?”沈老师说:“天下无难事,只怕有心人啊!”

那一夜,陈景润彻夜难眠,他下定决心,今后要尽最大努力去攻坚克难!

哥德巴赫猜想到底是什么呢?为什么可以有资格受到如此推崇?而几百年了,这么多代人艰苦努力为什么还是没能攻克这一难关呢?

哥德巴赫是欧洲著名的数学家,曾担任俄国圣彼得堡科学院院士。在圣彼得堡,哥德巴赫结识了赫赫有名的数学家欧拉,两人此后用书信交流长达30多年。哥德巴赫猜想,就是他在和欧拉的通信中提出来的。哥德巴赫在研究数论问题时发现:

3+3=6,3+5=8,3+7=10,5+7=12,3+11=14,3+13=16,5+13=18……

等式左边均为两个素数的和,右边均为偶数。于是他猜想:任意两个奇素数的和都是偶数。哥德巴赫又运用逆向思维,把等式左右颠倒过来写,从左向右看,就是6到22这些偶数,每一个数都能“分拆”成两个奇素数之和。他又动手验证:从24一直试到100,都能证明此前的猜测是对的,而且有的数还有多种分拆形式,如24=5+19=7+17=11+13,26=3+23=7+19=13+13,34=3+31=5+29=11+23=17+17,等等。

这么多实例都能证明,说明偶数可以(至少可用一种方法)分拆成两个奇素数之和。但数字的数量是无限多个,这个猜想无法用逐个去试的方式去证明,而哥德巴赫也无法举出推翻这一想法的反例。

于是,1742年6月7日,哥德巴赫给欧拉写了一封信,阐释了他的猜想:

1.每一个偶数是两个素数之和;(www.xing528.com)

2.每一个奇数或者是一个素数,或者是三个素数之和。(哥德巴赫此时把“1”也看作素数,他认为2=1+1,4=1+3也符合这一猜想,欧拉在回信中纠正了他的看法。)

同年6月30日,欧拉回信:“任何大于(或等于)6的偶数都是两个奇素数之和,虽然我还无法证明它,但我对此确信无疑,它是完全正确的定理。”

欧拉是当时欧洲最著名的数论大家,这个连他也无法证明的猜想,自然引起了各国数学家的关注。人们将其称为哥德巴赫猜想。近300年来,为了摘取这颗明珠,成千上万的数学家进行了无数艰辛的尝试与探索。

1920年,挪威数学家布朗提出了一种新的“筛法”,证明每一个充分大的偶数都可以表示成两个数的和,而这两个数又分别可以表示为不超过9个质因数的乘积。我们习惯上称这种证明方法为“9+9”。

这是一个重要的转折点。沿着布朗开创的思路,1932年,欧洲数学家证明了“6+6”。1957年,我国著名数学家王元证明了“2+3”,这已经是按照布朗的证明方式所能取得的最好成果。

布朗方式的缺点是两个数都无法确定是素数,于是,数学家们经过长期思考,又想出了一条新路,即证明“1+C”;1962年,我国数学家潘承洞与一位苏联数学家各自独立研究,都证明了“1+5”;第二年,潘承洞和王元合作,证明了“1+4”。随后欧洲有数学家证明了“1+3”,使哥德巴赫猜想又得以推进了一大步。按照这种证明思路,彻底证明哥德巴赫猜想也就是证明“1+1”。但此后,哥德巴赫猜想的证明陷入了僵局,虽然世界各地的数学家都在废寝忘食地进行研究,但始终没能获得显著的突破。

而此时,已经从厦门大学毕业的陈景润,敏于行而讷于言,身体瘦弱时常患病,应该说走研究之路艰辛备至,但他心中有着常人所没有的斗志—他要向世界证明中国人的数学研究能力。几经波折后,陈景润终于在厦门大学图书馆开始了自己的工作,专心研究数学难题。他要攻下哥德巴赫猜想这道世界难题,哪怕几十年如一日,哪怕废寝忘食。

在同事和老师们的鼓励下,陈景润给著名数学家华罗庚先生写了封信,附上了自己撰写的《塔内问题》的论文。华罗庚先生看后非常赞赏:“这个年轻人很好!他很有想法!很有培养前途!”并亲自会见了陈景润,将他调到中国科学院数学研究所。这是华罗庚先生一生中亲自点名调来的唯一一位研究员

进入中科院,有了新的起点,陈景润更加刻苦钻研,付出了大半生的心血。

“他移动了群山!”

经过十几年的刻苦研究,1965年5月,陈景润发表了著名论文《大偶数表示一个素数及一个不超过二个素数的乘积之和》。论文甫一发表,就受到了全世界数学界和著名数学家的高度重视与称颂。英国数学家哈伯斯坦德国数学家黎希特,还将陈景润的论文写进数学书中,称为“陈氏定理”。

“陈氏定理”是怎样的成果呢?陈景润证明了任何一个大偶数都可以写成一个素数加上另一个可以写成两个素数乘积的数的和。素数是只能被1和它自身整除的数。如,12=7+1×5,100=7+3×31。用之前介绍的哥德巴赫猜想证明的简便表达方式,也就是证明了“1+2”,距离彻底证明哥德巴赫猜想的“1+1”只差最后一步啦!当时,英国的一位数学家评价陈景润的发现:“移动了群山!”陈景润、王元、潘承洞等杰出科学家,向世界证明了中国人在数学研究与推动发展上有着无限的潜力,绝不比西方人差,中国人有能力在数学领域再创辉煌。

无数代科学家前赴后继,不断尝试研究证明哥德巴赫猜想,代表了人类对于无限未知的永久探索精神,以及对数字这一无穷概念的不懈探究。这是科学探索,也是美学探求,也是数论研究的魅力所在。

目前,距陈景润先生的研究成果公布已经超过半个世纪,但世界数学界对哥德巴赫猜想的研究还是没能再进一步。谁能够彻底证明这一伟大难题?尽管只有一步之遥,却还需要后人不断地努力,这颗明珠还在前方熠熠生辉,究竟谁能摘取?

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