数学史上亘古未有的奇迹
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公元1852年,毕业于英国伦敦大学并从事地图着色工作的佛朗西斯?格里斯,发现了一个奇怪的现象:无论多么复杂的地图,只要用四种颜色,就可以区分有公共边界的国家和地区。佛朗西斯觉得这中间一定有着什么奥妙,于是写信向其胞兄佛德雷克询问。佛德雷克对数学造诣颇深,但绞尽脑汁依然不得要领,只好求教于自己的老师,著名的英国数学家摩根(Morgan,1806~1871)。摩根教授怀着浓厚的兴趣,对此苦苦思索了几个昼夜,觉得无法判定佛德雷克所提的问题是对还是错。于是便写信给挚友,著名的数学家哈密尔顿(Hamilton,1805~1865)探讨。哈密尔顿才华横溢,当时以发现“四元数”(一种在复数基础上扩展的新数)而饮誉欧洲。
摩根在信中希望哈密尔顿要么能证明“如果一张地图,图上任意分成许多部分,要求有共同边界的两部分涂不同颜色,那么只要四种颜色就够了”,要么构造出一个需要五种或更多的颜色的图来。
然而,智慧超人的哈密尔顿两者都没能做到。他耗费了整整13年心血,终于一筹莫展,抱恨逝去!
哈密尔顿死后,又过了13年,一位颇有名望的英国数学家凯莱(Cayley,1821~1895)在一次数学年会上把这个问题归纳为“四色猜想”。并于次年,即公元1879年,在英国皇家地理会刊的创刊号上,公开征求对“四色猜想”的解答。从此,“四色问题”不胫而走,成为街谈苍议的热题。
但上述状态并没有持续很久。在征解消息发出的同年,一位半路出家的数学家肯普,发表了一个关于四色定理的证明,这使曾经出现的一时轰动很快平息下来。人们普遍以为“四色猜想”已成为历史。不料过了11年,即公元1890年,一个名叫赫伍德的青年,指出了肯普在证明中的错误。从而使这一沉熄了十年之久的问题,又重新燃起了熊熊的烈火!与此同时,赫伍德匠心独运,利用肯普提供的方法,成功地证明了用五种颜色能够区分地图上相邻的国家。这算是在向“四色猜想”进军中第一个重大突破!
正因为五色定理的证明不很难,所以与费尔马猜想及哥德巴赫猜想不同,有不少数学家小看了四色猜想。相对论的创始人,伟大物理学家爱因斯坦的数学导师闵可夫斯基(Minkowski,1864~1909)教授,就是其中最为典型的一个,他认为四色猜想之所以没有解决,是因为世界上第一流的数学家还没空去研究它。
有一次,教授给学生上课,他偶然间提到这个问题,随之即兴推演,似乎成竹在胸,写了满满一个黑板,但命题仍未得证。第二次上课,闵可夫斯基又继续推演,结果仍旧是满怀信心进教室,垂头丧气下讲台。如此这般折腾了几个星期之后,教授终于精疲力竭。一天,他走进教室,疲惫地注视着依旧挂着“证明”的黑板。此时适逢雷电交加,他终于醒悟,并愧疚地承认:“上帝在责备我,四色问题我无能为力!”这以后,全世界数学家都惦出了“四色猜想”的沉重份量。
人类智慧面对着又一个世界难题的挑战。在正面失利之后,数学家们决定从侧面进军!
1922年,有人证明了国家数f≤25时四色猜想成立;1938年,国家数f推进到32;1969年又推进到45。47个春秋,仅仅使国家数推进了20。这确是一条布满荆棘、令人生畏的路!主要困难是构形的可能性太多,需要做两百亿次的逻辑判定,这远不是一个人的力量所能做到的!人们对此望而生畏了!
就在这时,科学的地平线上出现了一道曙光!电子计算机的运用,使四色猜想的证实有了希望。然而在七十年代初,即使是电子计算机,也要连续算上十一年半!这是何等艰难的目标,但人类并没有放弃这种机会,进军的号角吹响了!科学家们通力合作,一面不断改进方法减少判断次数,一面继续提高计算机的计算速度,使问题的解决终于有了眉目。
公元1976年9月,美国伊利诺斯大学的数学家阿沛尔和哈肯教授,运用每秒计算400万次的电子计算机,在运转1200小时后,终于成功地完成了“四色定理”的证明工作。
电波传来,寰宇震动!数学史上的三大难题之一,在人与计算机的“合作”下,终于被征服了!这是亘古未有的奇迹,为纪念这一历史性的时刻与史诗般的功绩,在宣布四色定理得证的当天,伊利诺斯大学邮局加盖了以下邮戳:
“Four color ssuffice!”(四种颜色足够了!)
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