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特拉赫特曼,绘制“万能地图”的数学家

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2008年3月,全球数学界兴奋无比――困扰数学家近40年的一道谜题,终于被以色列巴尔伊兰大学数学家亚伯拉罕?特拉赫特曼破解。这就是所谓的路线着色问题。英国《独立报》专门发表了一篇题为“身无分文的移民成了数学超级明星”的文章,给予了高度的评价。以色列人也为特拉赫特曼取得的成就感到无比的骄傲。以色列特拉维夫电视台中断了正常的节目播放,以第一时间了这一重大消息。

“万能地图” 猜想的诱惑

路线着色问题是图论中最著名的猜想之一。“路线着色猜想”最早由美国犹太裔数学家本杰明?韦伊斯和罗伊?安德尔于1970年提出。他们假设,给定有限数目的公路,他们就能绘制出一幅利用不同颜色编码的“万能地图”,无论出发点何在,都可以找到一条确定的交通行进路线,抵达同一个终点。

路线着色问题可以通俗解释为,“一个人来到他从未造访过的小镇上,驾着车到处寻找他朋友的家,即使连路名都没有。朋友说,别担心,我会指示你如何到达,先向左,再向右,接着向左……”

这个设想如果实现,就能指导人们到达某一目的地,不管他们原来在什么位置。这个问题有助于解决真实世界中的信息和交通路线安排,可以运用于制图、计算机科学、电网络分析等诸多领域。而解决这一难题要涉及到图论、群论、矩阵论、概率论、代数学、拓扑学、数值分析等多个数学分支。

看似有悖逻辑,却是正确答案

38年以来,世界各地约100名顶尖数学专家,甚至包括本杰明?韦伊斯和罗伊?安德尔自己在内,为解开这一难题殚精竭虑却徒劳无功。

然而,数学奇才特拉赫特曼只花了一年时间就解决了这道难题。在特拉赫特曼给出的一个图表版的“路线着色猜想”解答中,他用16根线绘出一个正方形和8个三角形,线条的颜色分别为红、蓝、绿三色,每种分别代表不同的行进路线。而2个顶点则分别代表出发点和终点。按照特拉赫特曼的说法,无论出发点何在,只需顺着 “蓝、红、红”的路线重复3次,即可抵达一个顶点。然后再顺着“蓝、蓝、红”的路线,即可抵达另一个顶点。这种解答方式看上去有悖逻辑,却是正确的答案。

全球数学家共同的光荣

作为“路线着色猜想”的提出者,本杰明?韦伊斯看到终于有人解开他提出的难题后,不禁激动万分。更让本杰明满意的是:“特拉赫特曼教授的解答可以让人看得懂。”

以色列著名数学家斯图尔特?马戈利斯对美联社说,“在数学界,我们都在谈论这一美好的结果,多么美好啊,而且是那么出乎意料。用外行话来说,这是完全反直觉的,但它确实管用。”

得知特拉赫特曼解决这一难题的消息后,多年从事路线着色问题研究的加拿大数学家乔尔?弗里德曼说,“路线着色问题的解决令数学家共同体非常兴奋。” 读过特拉赫特曼论文的中国数学家周海中教授认为,特拉赫特曼的数学知识非常渊博,解题方法十分巧妙。

为了与同行交流,特拉赫特曼首先是用铅笔潦草地写下了8页的证明过程,于2007年底在网上的一个数学文献库里贴出他的解题方法。在对特拉赫特曼的方法深入研究后,数学界为之震惊了,并公认他已经掌握了破解路线着色谜题的要领和诀窍。2008年2月,他进一步完善了自己的解题方法。世界上众多著名学术刊物编辑部得知此事后,纷纷向他约稿,但他最终决定把在即将出版的《以色列数学杂志》上。

数学家曾是孤独“守夜人”

今年63岁的特拉赫特曼出生在俄罗斯叶卡捷琳堡,1972年在乌拉尔州立大学获得数学博士学位,之后在乌拉尔科技大学任教。但是犹太人身份使他在工作中受到歧视和排挤。1992年,随着苏联解体,他决定移民以色列。刚到以色列的时候,由于人生地不熟,他和其他新移民一样难找工作。尽管他已是一位颇有造诣的数学家,为养家糊口他经常去教会领救济品,后来在好心人的介绍下,他成了一名值夜班的保安员,但生活仍然十分艰苦。

直到1995年,特拉赫特曼被聘为大学教员。1995年,由于受到“伯乐”斯图尔特?马戈利斯教授的赏识,特拉赫特曼有幸受聘于位于特拉维夫市附近的巴伊兰大学,从此登上该校讲坛,并最终成为一名数学教授。据斯图尔特回忆:“当我第一眼见到他的时候,他就穿着一身夜班警卫的制服。”

数学通常是年轻人的游戏?

斯图尔特同时表示:“数学通常是年轻人的游戏,一般你只在25岁至30出头的时候,容易出成果。可是特拉赫特曼却在63岁的年纪结出硕果,实在令人钦佩。”“年轻人应该证明定理,而老年人则应该写书。”英国数学家哈代说,“数学较之别的艺术或科学,更是年轻人的游戏。”

在英国皇家学会会员中,数学家的平均当选年龄是最低的。最著名的数学奖――菲尔兹奖是专门奖给四十岁以下的数学家的。黎曼死于40岁,帕斯卡尔死于 39岁,冯?诺依曼死于34岁,拉曼纽扬死于33岁,阿贝尔死于27岁,伽罗华死于20岁,而他们作为伟大数学家的地位却已经奠定。有些数学家虽然长寿,但他们的主要工作大多是在青年时代完成的,例如牛顿和高斯。牛顿是在 50岁时放弃数学的。其实,在这之前很久他就已经对数学失去了热情。

因为人一般在青年时代的智力是最敏锐的,特拉赫特曼的成就可以说是“老夫聊发少年狂”,这是他长期坚持的结果,他的脑力没有随时间而迟缓。

数学谜题的解答总是传奇

数学最迷人的地方就是它有很多谜题,很多人就把破解这些谜题当成一种嗜好、乐趣。历史上不少数学谜题都牵动了地球上最有才智的人,最有传奇色彩的莫过于“费马大定理”的证明过程。

埃皮尔?德?费马被认为是数学史上最伟大的业余数学家,他的职业是律师兼土伦地方法院的法官。虽然他未受过正规的数学训练,但他很快对数学产生了浓厚的兴趣。费马提出的“费马大定理”,经过358年的努力,才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁?怀尔斯和他的学生理查?泰勒于1995年成功证明。

20世纪,数学开始转向各种不同的研究领域并取得非凡进步。1908年,德国实业家沃尔夫斯凯尔为未来可能攻克费马大定理的人设立了奖金,但是,一位不出名的数学家却似乎毁灭了大家的希望:库特?哥德尔提出不可判定性定理,对费马大定理进行了残酷的表达――这个命题没有任何证明。

尽管有哥德尔致命的警告,尽管经受了三个世纪壮烈的失败,但一些数学家仍然冒着白白浪费生命的风险,继续投身于这个问题的解答。二战后随着计算机的出现,大量的计算已不再成为问题。借助计算机的帮助,数学家们越来越接近答案。

1993年6月23日,剑桥牛顿研究所,安德鲁?怀尔斯在他的数学讲座上,当时每一个对费马大定理证明做出过贡献的人都在现场,两百名数学家被惊呆了,他们看到,三百多年来第一次,费马的定理被证明。怀尔斯“隐居”七年,在完全对外界保密的情况下,最后成功地证明了费马大定理。