公元前500年前后,古希腊毕达哥拉斯学派宰杀百牛欢宴,庆祝毕达哥拉斯定理的发现:直角三角形中,两直角边的平方之和等于斜边的平方,这就是中国古代即被发现的勾股定理。事实上,公元前12 世纪我国《周髀算经》就曾提出过“勾三股四弦五”。
费马(图片来源:百度图片)
两千一百多年后的1637年,法国的大法官兼业余数学家费马在无意之间被古希腊数学家丢番图《算术》中描述的毕达哥拉斯的工作所吸引,他突发奇想,能否找一个毕达哥拉斯方程变异的不定方程的解。
原始的毕达哥拉斯方程可以表达为寻找方程:
的整数解。
费马提出,如果把幂次提高,比如方程:
直至
能否找到正整数解?
费马随即在《算术》的书中做了批注:“将一个立方数分为两个立方数,一个四次幂分为两个四次幂,或者一般地将高于二次的幂分为两个同次的幂,这是不可能的。关于此,我确信已发现一种奇妙的证法,可惜这里的空白地方太小,写不下。”
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可惜,人们看到这句批注的时候是在1670 年。此时距离费马病逝已经过去了5 年。他的长子在整理费马的遗物时发现了父亲的注记和信件,并把这些注记发表了出来。
费马的评注很快流传开来,人们在他的批注中发现了许多奇妙的思想和发现。遗憾的是,很多想法并没有严格的证明,只有略微的逻辑思考的痕迹。鉴于费马生前酷爱数学,在数学界也享有一定的名声。人们认为费马的批注虽然缺乏严格的逻辑论证,但仍然有许多可取的闪光点。不少人甚至开始着手为费马的一些论断做出严格的证明。
费马声称:对于他的每一个评注都有一个对应的证明,但是他却对给出证明细节表现得十分吝啬。为此,后人不断不花大量时间去补全那些遗失的逻辑。这方面一个突出的例子就是,18世纪最伟大的数学家欧拉就曾经花费7年时间去证明费马关于素数的一个精妙评注。
数学家欧拉(图片来源:百度图片)
19 世纪初,费马遗留的其他问题均告解决,只剩一个问题悬而未解。
该问题的简单表述就是,对于以下方程没有正整数解:
这个问题于是被称为“费马最后的定理(Fermat's Last Theorem)”。
三百多年的时光飞逝而过。三个多世纪以来,历史上最优秀的数学家都曾试图证明它,却无一例外品尝到了屈辱和挫败,懊恼和无奈。这也让费马大定理成为数学中最令人费解的问题而声名远播。
从费马定理的形式上来看,对它的证明似乎并不能给数学带来更深刻的结论,也不能引导人们对数字产生更深的认识,更遑论推动数学整个学科的发展。解决它,似乎就是解决一个数字游戏。对它的痴迷,渐渐地转化为数学家的一种执念和挑战。前有费马充满挑衅的言辞,在轻描淡写间就能解决如此困难的问题,似乎在向世人炫耀着他无与伦比的才华。后有无数数学大家的加入,却铩羽而归,更是为这个问题增加了传奇色彩。
一个表述如此简单的问题,却以如此巨大的困难阻挠着人类最杰出的大脑。到了20世纪,数学的发展更是让人出乎意料。人们发现,一些问题居然根本就没有解决的可能。换句话说,人们已经严格证明,存在一些数学问题,人们永远也无法证明其真实性与否。著名的“连续统假设”就是这样一个令人匪夷所思的问题。
到了20世纪末期,不少悲观的数学家已经开始怀疑:费马定理和哥德巴赫猜想可能都属于那类,人们即无法证明其正确,也无法证明其错误的问题。如果真是这样,那费马大定理就可能代表着人类文明的终点而无法逾越。
幸运的是,从年少时就接触到费马大定理的怀尔斯在经过30年的精心准备后,终于向费马大定理发起了最后的冲刺。在剑桥的牛顿研究所,他相信自己已经实现了儿时的梦想。长达7年的孤寂时间里,他把所有的精力都投入到费马大定理的研究中。也许是他的执着感动了上天,这一刻,他终于迎来了自己的英雄时刻,并将与历史上那些最伟大的名字一道前行。