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數(shù)學(xué)史上亙古未有的奇跡

來(lái)源:轉(zhuǎn)載 2008-04-15 11:35:25

智能內(nèi)容

  公元1852年,畢業(yè)于英國(guó)倫敦大學(xué)并從事地圖著色工作的佛朗西斯?格里斯,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象:無(wú)論多么復(fù)雜的地圖,只要用四種顏色,就可以區(qū)分有公共邊界的國(guó)家和地區(qū)。佛朗西斯覺(jué)得這中間一定有著什么奧妙,于是寫(xiě)信向其胞兄佛德雷克詢(xún)問(wèn)。佛德雷克對(duì)數(shù)學(xué)造詣?lì)H深,但絞盡腦汁依然不得要領(lǐng),只好求教于自己的老師,著名的英國(guó)數(shù)學(xué)家摩根(Morgan,1806~1871)。摩根教授懷著濃厚的興趣,對(duì)此苦苦思索了幾個(gè)晝夜,覺(jué)得無(wú)法判定佛德雷克所提的問(wèn)題是對(duì)還是錯(cuò)。于是便寫(xiě)信給摯友,著名的數(shù)學(xué)家哈密爾頓(Hamilton,1805~1865)探討。哈密爾頓才華橫溢,當(dāng)時(shí)以發(fā)現(xiàn)“四元數(shù)”(一種在復(fù)數(shù)基礎(chǔ)上擴(kuò)展的新數(shù))而飲譽(yù)歐洲。

  摩根在信中希望哈密爾頓要么能證明“如果一張地圖,圖上任意分成許多部分,要求有共同邊界的兩部分涂不同顏色,那么只要四種顏色就夠了”,要么構(gòu)造出一個(gè)需要五種或更多的顏色的圖來(lái)。

  然而,智慧超人的哈密爾頓兩者都沒(méi)能做到。他耗費(fèi)了整整13年心血,終于一籌莫展,抱恨逝去!

  哈密爾頓死后,又過(guò)了13年,一位頗有名望的英國(guó)數(shù)學(xué)家凱萊(Cayley,1821~1895)在一次數(shù)學(xué)年會(huì)上把這個(gè)問(wèn)題歸納為“四色猜想”。并于次年,即公元1879年,在英國(guó)皇家地理會(huì)刊的創(chuàng)刊號(hào)上,公開(kāi)征求對(duì)“四色猜想”的解答。從此,“四色問(wèn)題”不脛而走,成為街談蒼議的熱題。

  但上述狀態(tài)并沒(méi)有持續(xù)很久。在征解消息發(fā)出的同年,一位半路出家的數(shù)學(xué)家肯普,發(fā)表了一個(gè)關(guān)于四色定理的證明,這使曾經(jīng)出現(xiàn)的一時(shí)轟動(dòng)很快平息下來(lái)。人們普遍以為“四色猜想”已成為歷史。不料過(guò)了11年,即公元1890年,一個(gè)名叫赫伍德的青年,指出了肯普在證明中的錯(cuò)誤。從而使這一沉熄了十年之久的問(wèn)題,又重新燃起了熊熊的烈火!與此同時(shí),赫伍德匠心獨(dú)運(yùn),利用肯普提供的方法,成功地證明了用五種顏色能夠區(qū)分地圖上相鄰的國(guó)家。這算是在向“四色猜想”進(jìn)軍中第一個(gè)重大突破!

  正因?yàn)槲迳ɡ淼淖C明不很難,所以與費(fèi)爾馬猜想及哥德巴赫猜想不同,有不少數(shù)學(xué)家小看了四色猜想。相對(duì)論的創(chuàng)始人,偉大物理學(xué)家愛(ài)因斯坦的數(shù)學(xué)導(dǎo)師閔可夫斯基(Minkowski,1864~1909)教授,就是其中最為典型的一個(gè),他認(rèn)為四色猜想之所以沒(méi)有解決,是因?yàn)槭澜缟系谝涣鞯臄?shù)學(xué)家還沒(méi)空去研究它。

  有一次,教授給學(xué)生上課,他偶然間提到這個(gè)問(wèn)題,隨之即興推演,似乎成竹在胸,寫(xiě)了滿(mǎn)滿(mǎn)一個(gè)黑板,但命題仍未得證。第二次上課,閔可夫斯基又繼續(xù)推演,結(jié)果仍舊是滿(mǎn)懷信心進(jìn)教室,垂頭喪氣下講臺(tái)。如此這般折騰了幾個(gè)星期之后,教授終于精疲力竭。一天,他走進(jìn)教室,疲憊地注視著依舊掛著“證明”的黑板。此時(shí)適逢雷電交加,他終于醒悟,并愧疚地承認(rèn):“上帝在責(zé)備我,四色問(wèn)題我無(wú)能為力!”這以后,全世界數(shù)學(xué)家都惦出了“四色猜想”的沉重份量。

  人類(lèi)智慧面對(duì)著又一個(gè)世界難題的挑戰(zhàn)。在正面失利之后,數(shù)學(xué)家們決定從側(cè)面進(jìn)軍!

  1922年,有人證明了國(guó)家數(shù)f≤25時(shí)四色猜想成立;1938年,國(guó)家數(shù)f推進(jìn)到32;1969年又推進(jìn)到45。47個(gè)春秋,僅僅使國(guó)家數(shù)推進(jìn)了20。這確是一條布滿(mǎn)荊棘、令人生畏的路!主要困難是構(gòu)形的可能性太多,需要做兩百億次的邏輯判定,這遠(yuǎn)不是一個(gè)人的力量所能做到的!人們對(duì)此望而生畏了!

  就在這時(shí),科學(xué)的地平線(xiàn)上出現(xiàn)了一道曙光!電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用,使四色猜想的證實(shí)有了希望。然而在七十年代初,即使是電子計(jì)算機(jī),也要連續(xù)算上十一年半!這是何等艱難的目標(biāo),但人類(lèi)并沒(méi)有放棄這種機(jī)會(huì),進(jìn)軍的號(hào)角吹響了!科學(xué)家們通力合作,一面不斷改進(jìn)方法減少判斷次數(shù),一面繼續(xù)提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度,使問(wèn)題的解決終于有了眉目。

  公元1976年9月,美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的數(shù)學(xué)家阿沛爾和哈肯教授,運(yùn)用每秒計(jì)算400萬(wàn)次的電子計(jì)算機(jī),在運(yùn)轉(zhuǎn)1200小時(shí)后,終于成功地完成了“四色定理”的證明工作。

  電波傳來(lái),寰宇震動(dòng)!數(shù)學(xué)史上的三大難題之一,在人與計(jì)算機(jī)的“合作”下,終于被征服了!這是亙古未有的奇跡,為紀(jì)念這一歷史性的時(shí)刻與史詩(shī)般的功績(jī),在宣布四色定理得證的當(dāng)天,伊利諾斯大學(xué)郵局加蓋了以下郵戳:

  “Four color ssuffice!”(四種顏色足夠了!)

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