這兩天,因為網(wǎng)傳數(shù)學家張益唐的一句話,整個數(shù)學圈沸騰了。 據(jù)稱,張益唐在參加10月15日北京大學校友Zoom線上會議時,口頭表達了自己攻克朗道—西格爾零點猜想(Landau-Siegel Zeros Conjecture)的最新進展,且相關(guān)文章將在11月初上線。 這一猜想與已經(jīng)懸置160多年的著名數(shù)學難題“黎曼猜想”相關(guān)。簡單說,如果存在朗道-西格爾零點,那么黎曼猜想就是錯的;如果朗道-西格爾零點不存在,則不會和黎曼猜想發(fā)生沖突。 無論是哪種結(jié)果,無疑都是數(shù)學史上里程碑式的事件。截止目前,張益唐并未在其他場合宣布這一進展。但他素來為人沉穩(wěn),同行們相信他不會信口開河,都期待著11月見分曉。 最終,究竟是否完全攻克,不少科學家表示,證明是否正確還有待觀察,還需要國際數(shù)學界學術(shù)同行的確認。 究竟什么是朗道—西格爾零點問題?為何攻克它會讓數(shù)學界為之一“震”? 難度比肩“黎曼猜想” 與諸多猜想類似,朗道—西格爾零點問題是由數(shù)學家名字命名。 朗道和西格爾是兩位著名的數(shù)學家。朗道是德國數(shù)學家希爾伯特(注:1900年,希爾伯特根據(jù)19世紀數(shù)學研究的成果和發(fā)展趨勢,提出了23個懸而未決的數(shù)學問題,即著名的“希爾伯特的23個數(shù)學問題”)在數(shù)論領(lǐng)域的繼承人。朗道指導過不少博士生,其中最為出色的學生之一就是西格爾,西格爾發(fā)現(xiàn)了一類特殊的函數(shù)—L函數(shù)理論中的西格爾零點現(xiàn)象。 朗道—西格爾零點問題,因朗道和西格爾兩位數(shù)學家的共同開創(chuàng)性貢獻而得名,歸根結(jié)底在于解決:L函數(shù)是否存在異常零點。 朗道—西格爾零點問題與數(shù)學上著名的未解難題“黎曼猜想”有關(guān),它是廣義黎曼猜想的“一種特殊并且可能比其弱得多的形式”。 張益唐對這一問題的研究,與他從博士期間便開始的黎曼猜想研究有關(guān)。 接下來,我們細細道來兩者的關(guān)系,“黎曼猜想”是關(guān)于素數(shù)(又叫質(zhì)數(shù))的問題,目的是研究素數(shù)分布規(guī)律。 在小學,我們的數(shù)學課本中第一次出現(xiàn)了“素數(shù)”的概念。一個大于1的自然數(shù),除了1和它自身外,不能被其他自然數(shù)整除的數(shù)叫做素數(shù)。這樣一個簡單卻粗略的描述,使得數(shù)學家們?yōu)閷ふ乙粋€更為精確的表達公式而“前赴后繼”。 1859年,德國數(shù)學家黎曼發(fā)表了一篇題為《論不超過一個給定值的素數(shù)的個數(shù)》的文章。這是他在解析數(shù)論領(lǐng)域發(fā)表的唯一一篇文章,文字簡練,僅僅8頁紙,卻成為該領(lǐng)域最經(jīng)典的文章。 黎曼認為,素數(shù)的分布奧秘與一個復雜的函數(shù)密切相關(guān),而使這個函數(shù)取值為零,即非平凡零點對素數(shù)分布的精確規(guī)律有著關(guān)鍵性影響,他在文中定義了一個被后世稱為“Zeta”的無窮極函數(shù)。 黎曼猜測,可能所有非平凡零點都位于實數(shù)部分等于1/2的直線上,這條線被稱為臨界線。這就是令后世數(shù)學家魂牽夢繞、輾轉(zhuǎn)反側(cè)的“黎曼猜想”。 張益唐在香港中文大學(深圳)的一次講座中提到,學術(shù)界公認的思路是應該構(gòu)建新的函數(shù)來研究黎曼猜想,其中就包括狄利克雷L函數(shù)。而在狄利克雷L函數(shù)的所有非平凡零點的實數(shù)部分都是1/2,這是廣義黎曼猜想。 而在廣義黎曼猜想中,一種特殊并且可能比其弱得多的形式,即為朗道-西格爾零點問題。在前人的研究中,廣義黎曼猜想恰好是朗道—西格爾猜想的充分條件。 自從20世紀初,諸多數(shù)論專家紛紛投入這一問題,但都沒有成功,有數(shù)學家甚至預言,朗道—西格爾零點問題的解決比原黎曼Zeta函數(shù)的猜想更難。 目前,根據(jù)可查閱到的文獻,關(guān)于朗道-西格爾零點問題的研究,張益唐或許是最為“深入”的一位數(shù)學家。 2007年,他在預印本網(wǎng)站arXiv上刊發(fā)了“On the Landau-Siegel Zeros Conjecture”(關(guān)于朗道-西格爾零點猜想)的研究,盡管被認為存在一些“瑕疵”,但也在推動該問題一步步往前發(fā)展。 如何理解這一問題的意義? 2019年11月,張益唐在北京的一場報告上介紹了朗道-西格爾零點問題存在與否的兩種情況,有句話令人印象深刻: “有一種說法,朗道-西格爾零點問題可以劃成兩個宇宙,第一個宇宙存在朗道-西格爾零點,第二個宇宙不存在朗道-西格爾零點,現(xiàn)在我們的問題是不知道我們到底生活在哪一個宇宙里?如果我們生活在第一個宇宙,零點真的存在,那也不得了,黎曼假設(shè)被證明是錯的。” 在報告中,張益唐表示,目前來講,能夠做一個報告,至少一個弱形式這個問題方面還是有可能做出來,但是整個technical(工具、方法)的東西是非常非常復雜的。 張益唐的同事、數(shù)論學家Stopple曾說,如果張益唐能對此作出證明,那么加上他的上一份成就,在某種意義上,(其概率)就像是同一個人被閃電劈中兩次。“如果他從未成名,那么做出這項工作也會讓他跟上次一樣被世界矚目?!?/span> 一生執(zhí)著做“大問題” 很多年前,北大數(shù)學系1978級一個學生干部問丁石孫先生(北京大學原校長):為什么我們這級還沒有出人才?丁石孫的回答是“時機還不到”。 在張益唐看來,當時改革開放剛剛開始,北京大學的學風和學術(shù)訓練對人才培養(yǎng)有著很大的幫助,但是整體來講,20世紀80年代我們的水平跟國際整體水平相比差距太大了。 丁石孫所說的時機,隨著包括張益唐在內(nèi)的一群人堅持做“大問題”而逐步到來。 事實上,朗道-西格爾零點問題是張益唐致力于解決的第二個“大問題”。 在數(shù)學界,張益唐被認為是“傳奇般的存在”,極端的兩面聚集一身:78級北京大學數(shù)學系天才、美國新罕布什爾州一家快餐店的會計;留美博士、畢業(yè)后漂泊了8年,至50歲才成為一所大學的講師。 在很多次采訪中,張益唐談起這段經(jīng)歷時,從未表現(xiàn)過痛苦之意。在他看來,有辦公桌,有紙有筆,就可以繼續(xù)做研究。這種孤獨與沉寂一直持續(xù)到2013年,張益唐憑借一篇《素數(shù)間的有界距離》而轟動國際數(shù)學界。 這是與黎曼猜想、哥德巴赫猜想齊名的世界級數(shù)學難題。張益唐證明了“存在無窮多個差值小于7000萬的質(zhì)數(shù)對”,從而在孿生素數(shù)猜想這一數(shù)論重大難題上取得重要突破。 事實上,在此之前,世界最頂級的一批數(shù)學家曾在舊金山討論過這個難題,但是最終都認為,以現(xiàn)有的數(shù)學發(fā)展水平解決不了。數(shù)學家Goldston甚至絕望地認為,自己有生之年都不會得到答案了。 這是張益唐在20多年里,致力于朗道-西格爾零點猜想以及其他一系列重要命題研究過程中,旁溢而出的成就。張益唐把研究結(jié)果默默投遞到《數(shù)學年刊》,期刊在短短幾周之內(nèi)就過審,創(chuàng)下了該刊百年來的最快過審記錄。 對于張益唐來說,或許成功是偶然也是必然。無論是黎曼猜想,還是孿生素數(shù)猜想、朗道-西格爾零點問題,張益唐把一生的時間都交給了數(shù)學上的“大問題”,他“有這個野心”只做“數(shù)學中最重要的研究”,且一直堅持下去。 做數(shù)學,是天才的“專利”嗎? 被認為是“天才”的張益唐曾在接受《中國科學報》采訪時提到,他非常贊同北大張平文院士所說的要“保護”天才,而不是“培養(yǎng)”天才的觀點。 這個“保護”,是引導數(shù)學人才不要去做小問題,要做就做大問題。 張益唐說,盡管我們都覺得美國數(shù)學的基礎(chǔ)教育很淺,但依然有些東西值得我們學習。在美國,如果發(fā)現(xiàn)一個孩子有數(shù)學或是其他天賦,他們會對這些孩子有更高的要求,提供更多的機會和資源,不會埋沒他們的天賦。 如今國內(nèi)的情況已大不相同,張益唐驚嘆地說道,“現(xiàn)在的小孩聰明得不得了,雖然是本科生,水平已經(jīng)跟研究生差不多了?!?/span> 他相信,中國數(shù)學一步一步、實實在在去做,自然地就能提升。 |
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