你也聽說「黎曼猜想」被證明了嗎?那是什麼?
這一期的 #康德散步 為草民獻上白話文的黎曼猜想。
【#康德散步】
數學界在這周有一個重要消息,傳說英國數學家麥可.阿蒂亞(Michael Atiyah)爵士已經證明「黎曼猜想」。這則消息要怎麼理解?為什麼重要?
首先,什麼是「猜想」?一個數學猜想,代表一個「可能是定理,但是我們還沒辦法證明」的東西。整個數學系統,是一種經過超嚴格邏輯、步步堆砌起來的偉大系統(「公理系統」),一個沒辦法「數學地證明」的東西,即便看起來超像是對的(黎曼猜想在超過 200 億個案例下都正確),我們還是不能說這是一個數學定理,所以不能放到數學系統裡頭。
所以說,證明對於數學來說非常重要。在數學史中,有很多領先時代的數學家提出過猜想,而黎曼猜想是其中最重要的之一。黎曼猜想的證明已經困擾了聰明絕頂的數學家超過 150 年,被認為是當前的數學七大難題之一,並且,有許多「定理」都在等待黎曼猜想被證明,才能被證明。
其次,黎曼猜想的內容是什麼?這問題很複雜,而且已經有很多文章試圖解釋這件事,今天的康德散步,在這裡想給一個白話說明。
我們所要知道的只有:什麼是黎曼 ζ(zeta)函數?(雖然可能還是有點難懂。)
對於了解數學記號的人來說,黎曼 ζ 函數的形式並不困難(http://bit.ly/2zyFBeE)。如果你覺得困難也沒關係,在這裡我們只要知道,這是一個從複數對應到複數的函數。
什麼是函數?函數像是一個彈珠台,你把一個彈珠從某處放進去,它會從某處掉(對應)出來。
複數是二維的東西(一個維度是實數 R 、一個維度是虛數 iR),可以想成一個平面,請點開參考圖 http://bit.ly/2R5ciGW ,這裡有兩個平面,左邊是準備要放進函數的,右邊是放進去後對應到的:
你把左圖一個點丟到這函數裡面,會得出一個右圖的點。你把左圖的直線丟進去,會得到右圖彎彎的線(有發現這些線都是垂直的嗎?)。
黎曼猜想關心的是:黎曼 ζ 函數在什麼時候會為 0 (右圖的原點)?也就是說,零點在哪?
有一種零點不是很重要,被叫作平凡零點( -2 、 -4 等負偶數)。黎曼猜想關心的是不平凡的零點,「非平凡零點」。事實上,黎曼 ζ 函數的非平凡零點不太好找。
雖然說這些零點不太好找,但黎曼觀察了一下零點的分佈後,他認為:所有的非平凡零點的實數部份(左圖中的點的 x 座標)都會是 1/2 ,也就是說,這些非平凡零點都分佈在一條直線(左圖的 x=1/2)上。這就是黎曼猜想。
阿蒂亞爵士真的證明了黎曼猜想嗎?讓我們繼續看下去。
*圖片來源:Urban Maths: Picturing the Zeta Function http://bit.ly/2OfZajJ
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