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第20章 ABC猜想

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在学习空隙,他也抽空不断完善《马氏数学解析1.0》的编译,他准备在毕业前,用这前所未有软件,再解决一道数学难题,论证《ABC猜想》。

若是论证一个猜想可能被大家认为是天才,若再论证一个数学难题,甚至由此证明他的新数学体系,那么他才可能被全球学术界认同为数学领域的大师地位。

《ABC猜想》是数论领域的重要猜想,由乔瑟夫·奥斯达利及大卫·马瑟在1985年提出,因此又称为“奥斯达利–马瑟”猜想。

数学家戈德菲尔德曾说过:“ABC猜想是丢番图方程尚未解决的问题中最为重要的一个!”

一般情况下,数论领域的猜想表述起来都比较精确直观。

比如已经被安德鲁·怀尔斯证明了的费马大定理,可以直接表示为:当整数n2时,关于x,y,z的方程x^n+y^n=z^n没有正整数解。

又如马由已证明的《哥猜》,一句话就能看懂:任一大于2的偶数都可写成两个质数之和。

但《ABC猜想》却是个例外。

它理解起来非常抽象。

简单地说,就是有3个数:a、b和c=a+b,如果这3个数互质,没有大于1的公共因子,那么将这3个数不重复的质因子相乘得到的d,看似通常会比c大。

举个例子:a=2,b=7,c=a+b=9=3*3。

这3个数是互质的,那么不重复的因子相乘就有d=2*7*3=42c=9。

大家还可以实验几组数,比如:3+7=10,4+11=15,也都满足这个看起来正确的规律。

但是,这只是看起来正确的规律,实际上存在反例!

由荷兰莱顿大学数学研究所运营的ABC@home网站就在用基于BOINC的分布式计算平台分布式计算寻找ABC猜想的反例,其中一个反例是3+125=128:其中125=5^3,128=2^7,那么不重复的质因子相乘就是3*5*2=30,128比30要大。

事实上,计算机能找到无穷多的这样反例。

于是我们可以这样表述ABC猜想,d“通常”不比c“小太多”。

怎么叫通常不比c小太多呢?

如果我们把d稍微放大一点点,放大成d的(1+ε次方),那么虽然还是不能保证大过c,但却足以让反例从无限个变成有限个。

这就是ABC猜想的表述了。ABC猜想不但涉及加法(两个数之和),又包含乘法(质因子相乘),接着还模糊地带有点乘方(1+ε次方),最坑爹的是还有反例存在。

因此,这个猜想的难度可想而知。

事实上,除了尚未解决的涉及多个数学分支的猜想界皇冠黎曼猜想以外,其他数论中的猜想,诸如哥德巴赫猜想、孪生素数猜想,以及已经解决的费马大定理,基本上都没有ABC猜想重要。

这是为何呢?

首先,ABC猜想对于数论研究者来说,是反直觉的。

历史上反直觉的却又被验证为正确的理论,数不胜数。

一旦反直觉的理论被证实是正确的,基本上都改变了科学发展的进程。

举一个简单的例子:牛顿力学的惯性定律,物体若不受外力就会保持目前的运动状态,这在17世纪无疑是一个重量级的思想炸弹。

物体不受力状态下当然会从运动变为停止,这是当时的普通人基于每天的经验得出的正常思想。

而实际上,这种想法,在任何一个于20世纪学习过初中物理、知道有种力叫摩擦力的人来看,都会显得过于幼稚。

但对于当时的人们来说,惯性定理的确是相当违反人类常识的!

ABC猜想之于现在的数论研究者,就好比牛顿惯性定律之于十七世纪的普通人,更是违反数学上的常识。

这一常识就是:“a和b的质因子与它们之和的质因子,应该没有任何联系。”

原因之一就是,允许加法和乘法在代数上交互,会产生无限可能和不可解问题,比如关于丢番图方程统一方法论的希尔伯特第十问题,早就被证明是不可能的。

如果ABC猜想被证明是正确的,那么加法、乘法和质数之间,一定存在人类已知数学理论从未触及过的神秘关联。

再者,ABC猜想和其他很多数论中的未解问题有着重大联系。

比如刚才提到的丢番图方程问题、费马最后定理的推广猜想、Mordell猜想、Erd?s–Woods猜想等等。

而且,ABC猜想还能间接推导出很多已被证明的重要结果,比如费马最后定理。

从这个角度来讲,ABC猜想是质数结构的未知宇宙的强力探测器,仅次于黎曼猜想。

一旦ABC猜想被证明,对于数论的影响之巨大,无异于相对论和量子物理之于现代物理学。

要解决这个猜想,需找到一把钥匙,通过各种资料的查询,马由基本确定了远阿贝尔几何,作为解开ABC猜想的一个途径。

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