数论难题abc猜想被证明?600页论文仅几人看懂,仍存争议

经过八年的努力,独自奋战的日本数学家望月新一(Shinichi Mochizuki)终于得到了一些认可。如今,他长达 600 页的“abc 猜想”证明论文已经被接收,即将出版。

京都大学数理解析研究所期刊(RIMS)评审通过了望月新一的论文,而望月新一也是该期刊的编辑。八年来,该证明论文经历了漫长而激烈的争论,如今它终于要发表了。

4 月 3 日,在京都大学举行的新闻发布会上,另外两位 RIMS 的数学家,Masaki Kashiwara 和 Akio Tamagawa 宣布了这一成果。Kashiwara 说,这篇论文“将产生巨大影响”。当被问及望月新一对论文被通过的消息有何反应时,Kashiwara 说:“我想他松了一口气。”

多年来,望月新一一直拒绝接受采访,他从不露面,也不愿接受记者采访。

八年前,望月新一在网上发表了四篇共 500 多页的长论文,声称已经证明了“abc 猜想”。但是很多数学家看不懂这些论文,他们花了多年时间试图理解它,更别提证明它的对错。

如今,这一论文的正式发表,能够平息来自大多数其他数学家的质疑吗?

abc 猜想

望月新一声称已经证明了的 abc 猜想,描述的是整数加法和乘法之间的深刻联系。abc 猜想最初由法国数学家约瑟夫·奥斯特莱和大卫·马瑟于 1985 年提出。并且一经提出,abc 猜想就成为数论领域的重要猜想之一。

(来源:PaddyMills)

我们知道,任何整数都可以被分解成若干个质因数相乘,例如:5、3、2是60的质因数,60 = 5×3×2×2。abc 猜想可以简单解释为,有 a、b、c 三个互质整数,其中 c=a+b,猜想认为,这三个数的质因数相乘的结果比 c 小的 a、b、c 组合是有限的。

数学家们把 abc 的质因数乘积记作 rad(abc),用严谨的数学语言来表述就是:

对于任何 ε > 0,只存在有限个互质正整数的三元组(a,b, c),c =a + b,使得:c > rad(abc)1+ε。

如果这个猜想被证明,就可以改变数论。

例如,它可以提供一种新的方法来证明由皮埃尔·德·费马在 1637 年提出的费马大定理。费马当年提出费马大定理时,用一句“空白太小写不下证明”,导致这一定理历时 350 多年,直到 1995 年才被证明。

一波三折的八年

望月新一是一位受人尊敬的天才数字家。他 1969 年 3 月 29 日出生于日本东京,23 岁获得数学博士学位,33 岁成为京都大学数理解析研究所的教授。

2012 年 8 月 30 日,他悄悄地在自己的 RIMS 网页上发布了论文初稿。这些论文的撰写风格独特而高深莫测,似乎完全由未知的数学概念组成。威斯康星大学麦迪逊分校的数字理论家 Jordan Ellenberg 在他的博客上写道,“这论文就像是来自未来,甚至像是外星文明”。

在网上发表论文之后,望月新一拒绝了所有出国旅行和演讲的邀请。当时他的一些亲密合作伙伴表示,该证明是正确的。

与此同时,其他世界各地的专家则在艰难地去理解它,更不用说验证了。在随后的几年中,学界就这个问题多次举行了会议,与会者报告了部分进展,但表示可能需要许多年才能得出结论。许多数学家,包括望月新一的博士导师 Gerdfalings 在内,都公开批评望月新一的论文不是很清晰。

到 2015 年,望月新一的证明仍然处于数学困境之中,既未被证明存在错误,也未被更广泛的数学界所接受。望月新一估计,数学研究生需要大约 10 年的时间才能理解他的论文,而英国诺丁汉大学的数字理论家 Ivan Fesenko 认为,即使算术几何学专家也需要大约 500 个小时才能理解。当时,只有 4 位数学家说他们已经能够阅读整个证明过程。

图 | 望月新一(来源:京都大学)

2017 年 12 月 16 日,日本《朝日新闻》报道称,望月新一的证明即将得到正式验证,这一成就将与 1995 年费马大定理的证明不相上下。

当时有传言称,RIMS 已经采纳了这些论文,随后该期刊的编辑对此予以否认。

2017 年 12 月,纽约哥伦比亚大学数学物理学家 Peter Woit 在博客上写道,该期刊采纳这些论文的做法将创造一种“数学历史上前所未有的情况:一本备受尊敬的期刊审查通过了著名猜想的证明论文,而研究该领域的大多数专家却无法理解这些论文。”

当时,即将出版确实是谣言。然后在几个月内,对望月新一的争议变得更大了。波恩大学的 Peter Scholze 是数论方面业界公认的权威,他于 2018 年 8 月获得菲尔兹奖(数学领域的最高荣誉)。

Scholze 和法兰克福歌德大学的 Jacob Stix 私下反驳了望月新一的 abc 猜想证明论文,并指出了他们认为的具体错误段落。同月,Scholze 和 Stix 在数学和物理学杂志 Quanta 的提问中公开表示,他们发现了一个严重的、无法解决的漏洞。Scholze 告诉 Quanta:“我认为 abc 猜想仍未解决,任何人都还有机会证明这一猜想。”

许多人认为,这是对望月新一证明的致命打击。

对此,望月新一驳斥了一些网上的批评声,他认为另两位数学家没有理解他的论文。然而,其他所有专家都赞同两位数学家的观点。

争议依然存在

现在,论文即将公开发表似乎也不太能改变这种情形。Scholze 表示:“我的观点自始至终都没有改变,我和 Jakob Stix 认为这些论文存在错误。” Stix 则拒绝发表评论。

放眼数学界,也没有太多数学家加入望月新一的阵营。

加州大学圣地亚哥分校的数学家 Kiran Kedlaya 一直致力于验证这一证明,他说:“我认为,自 2018 年以来,社会舆论没有太大的变化”。另一位来自加州大学伯克利分校的数学家 Edward Frenkel 说:“在新的信息出现之前,我不会对这篇论文的发表发表任何评论。”

在新闻发布会上,Tamagawa 表示,证明过程并没有因为 Scholze 和 Stix 的质疑而有所更改。关于它的一些评论也将发表,但没有根本改变。

欧洲数学学会主席 Volker Mehrmann 认为,如果期刊编辑无视这些质疑,在没有重大修订就选择发表论文,这将对期刊以及作者望月新一造成很不好的影响。

一位匿名数学家说,评审这些论文的编辑可能处于进退两难境地。“如果目前最好的数学家们都拿这些论文没有办法,那么他们怎么会有机会(评判)呢?”

对于望月新一就是论文发表期刊的编辑这件事,东京 Kavli 物理与数学研究所的数学家 Hiraku Nakajima 说,数学家经常在他们担任编辑的期刊上发表论文,只要作者退出同行评审过程,“就不会违反任何规则,而且很普遍”。Mehrmann 也确认这不会违反 EMS 准则。

Kashiwara 说,望月新一已经退出了评审,并且没有参加有关该论文的任何编辑委员会会议。他说,该期刊此前也曾发表过其他期刊编辑委员会成员的论文。

望月新一的论文于 2 月 5 日通过评审,但是发表日期尚未确定。Kashiwara 说:“这是一篇很长的论文,而且是一个特殊的问题,所以还不能确定要花多长时间才能正式发表。”

在数学世界中,期刊的认可并不意味着同行评审过程结束。只有在整个学界达成共识后,才能真正成为公认的定理,这一过程可能在论文正式发表后持续数年。

英国牛津大学数学家 Minhyong Kim 说,“尽管多年来存在种种困难,但我仍然认为,如果望月新一的证明正确无误,那就太让人激动了”。