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持续了350多年的“围剿”费马大定理的战争,进入到最后的攻坚阶段。
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1958年11月17日,这位生活美满且前程远大的年轻数学家突然自杀。
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6.最后的冲击
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英国人怀尔斯(Andrew Wiles,1953—)在10岁时就已经知道了费马大定理,并且梦想能够证明它,这使他后来选择了数学家的职业。怀尔斯于1980年获得剑桥大学博士学位,后来到美国普林斯顿大学教数学。在以后几年里,怀尔斯获得一些重要的研究成果,因而赢得了世界一流代数数论和代数几何专家的声誉。但他所做的这些研究,只是在为冲击费马大定理而锻造武器和练习身手。1986年,怀尔斯获悉了弗雷和里贝特的工作,他敏锐地感觉到,攻克费马大定理的最佳时机已来到,自己决不能错过这一机会。他于是马上全力以赴投入了谷山-志村-维伊猜想的证明中。为了避免干扰,除了新婚不久的妻子,他没有告诉任何人他正在做什么。
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从表面上看,证明谷山-志村-维伊猜想的难度一点不亚于直接证明费马大定理:它几乎令人无从下手,所以30多年来没有人想到要去证明它。凭借学识和经验,怀尔斯决定从比较椭圆曲线和模形式两者的“伽罗瓦群表示”着手。实践证明,这是一条正确的道路。
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这样,整整过了7年,怀尔斯终于证明了特殊条件下的谷山-志村-维伊猜想,重要的是,这个特殊条件包含了费马大定理。
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1993年6月,在英国剑桥大学牛顿研究所举行了主题为“椭圆曲线、模形式与伽罗瓦表示”的系列学术讲座。在讲座的最后一天,怀尔斯面对一群数学家平静地宣布,“我已经证明了费马大定理”。随即在听众中爆发出热烈的掌声。这一重大新闻很快传遍了全世界。
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然而,现实往往并不那么具有戏剧性。不久发现,怀尔斯的证明中还隐藏着一个不大不小的漏洞。他立即着手修补,但一年很快过去,没有什么进展。怀尔斯有点泄气,想打退堂鼓了。眼看他也要加入“倒霉的费马大定理证明失败者”的庞大队伍中。
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在助手的激励下,怀尔斯决定作最后一次尝试。1994年9月19日,他突然有灵感:想出了一个绕过漏洞,补全证明的绝妙方法。这一次,他真的成功了。现代数学史上最古老的一个难题,终于被完全破解!很快,他的10 0多页长的论文被几位国际权威专家审查通过,在一国际顶级的数学杂志上正式发表。
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怀尔斯在接受媒体采访时坦陈,在经过长达八年夜以继日的艰苦工作而取得成功之后,他有着巨大的成就感和精神自由感;同时感到有点忧伤和悲哀:我们从此失去了那件东西,它曾经长期伴随着我们,是我们儿时的梦想,并把我们带进了数学。
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1998年,国际数学联盟破例授予怀尔斯特别奖,以表彰他完全证明了费马大定理的成就,同时补偿他因已超过40岁而不能获得菲尔兹奖章的遗憾。此外,怀尔斯还荣获了1996年度沃尔夫奖和2005年度邵逸夫数学奖。
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数学文化教程 第二节 破解拓扑学世纪之谜:庞加莱猜想的证明历程
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进入21世纪,纯粹数学的一个重大突破是庞加莱猜想的证明。俄罗斯学者佩雷尔曼的天才创意和拒绝领奖的传奇故事,令人叹服。一批华人学者参与了最后的论证,值得称道。
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1.庞加莱关于“拓扑学”的天才创见
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1904年,法国人庞加莱,当时唯一能与希尔伯特匹敌的伟大数学家,发表了以《位置分析》为题目的论文,标志着拓扑学的诞生,并在此后的百年中占据纯粹数学的中心舞台。
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如前所说拓扑学(topology)又被称为“橡皮几何学”,它研究几何图形在经过放大、缩小或扭曲变形后仍然能够保持的那些整体性质。
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庞加莱在他的开创性论文中,提出了这样一个问题:
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一个闭的三维几何图形,若其上的每条闭曲线都可以连续收缩到一个点,那么从拓扑上来看,这个图形是否一定是球面?
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这就是著名的庞加莱猜想,在整个20世纪,经受了数学家们整整100年的轮番冲击。
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拓扑学的三维球面应该是什么样子?人们很难想象。因为它只存在于四维或更高维的空间中,而现实空间只有长宽高三维。但是,如果增加时间这一维,我们还是能够大致描绘它的图形。想象一个二维球面,其半径R随着时间t变化:t=0时,R=0;接着R随t一起增大;当t=1,R=1,达到最大;接着R随t增大而减小;当t=2时,R=0(图9.2.1)。这样在时空坐标系中,就会出现一个三维球面的图形,其代数方程式是
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x2+y2+z2 ==1-(t-1)2.
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2.只剩下“三维”情形的硬骨头
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令人惊奇的是,对于三维以上的几何图形来说,相应的庞加莱猜想陆续得到证明。只剩下原始的三维情形,困扰着世纪之交的数学家们。
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