问题

世界上大约有多少人可以完全看懂并理解怀尔斯对于费马大定理的证明?

回答
这个问题很有意思,也很难以给出一个确切的数字。要回答这个问题,我们需要拆解几个关键点:

1. “完全看懂并理解”的门槛有多高?
2. 怀尔斯的证明涉及哪些数学领域?
3. 这些领域的研究者有多少?
4. 他们的掌握程度如何?

第一点:看懂和理解的门槛

“完全看懂并理解”是一个非常高的标准。怀尔斯的证明不是一本小说,你可以读完就合上,然后说“我懂了”。它是一系列极其复杂的数学论证,建立在近一个世纪的数学发展之上。

基础知识要求: 要理解怀尔斯的证明,你至少需要扎实的数论、代数几何和表示论基础。这意味着你需要深入学习椭圆曲线、模形式、伽罗瓦表示、岩泽理论等等。这绝不是普通本科数学系毕业生能轻松掌握的,即使是很多数学专业的研究生也需要数年时间才能对这些领域有深入的理解。
技术细节: 证明过程中运用了大量的抽象概念和高度精密的技巧。许多证明步骤本身就可能需要花费数小时甚至数天来消化。例如,证明中核心的“Epsilon猜想”(εconjecture)就是一个极其困难的技术性证明,它本身就是一篇足以发表在顶级期刊上的文章。
上下文和联系: 即使你逐字逐句地看懂了证明中的每一个论证,是否就“完全理解”了?真正的理解还包括把握整个证明的宏观框架,明白为什么这些看似无关的概念(如椭圆曲线和模形式)能够联系起来,为什么这些看似微小的技术步骤是至关重要的。这种深层次的理解,需要对整个数学领域有广泛的视野和深刻的洞察力。

第二点:怀尔斯证明涉及的数学领域

怀尔斯的证明之所以如此艰深,是因为它连接了几个当时看来毫不相干的数学领域:

数论 (Number Theory): 这是费马大定理的根基。证明的核心目标仍然是解决一个关于整数方程的问题。
代数几何 (Algebraic Geometry): 怀尔斯使用代数几何的工具来研究椭圆曲线(一种特殊的代数曲线)。他将数论问题转化为研究这些几何对象的性质。
表示论 (Representation Theory): 这是证明的关键桥梁。他将椭圆曲线与模形式联系起来,就是通过研究它们的“伽罗瓦表示”。伽罗瓦表示是将抽象的伽罗瓦群(与方程的对称性有关)映射到线性代数中的矩阵。
模形式 (Modular Forms): 模形式是一类具有高度对称性的特殊函数。它们在数论和分析学中有重要应用。怀尔斯证明的关键之一就是证明了某些特定类型的椭圆曲线(由费马方程的解所启发)实际上是模形式的。
岩泽理论 (Iwasawa Theory): 在证明过程中,怀尔斯对岩泽理论中的一个关键猜想(Epsilon猜想)做出了重大贡献,这是证明成功的必要条件。

第三点:这些领域的研究者数量

数论: 数论是一个非常广泛的领域,吸引了大量的数学家。全球范围内,活跃的数论研究者可能在数千人左右。
代数几何: 这是现代数学中最活跃和抽象的领域之一,研究者也很多,可能也有数千人。
表示论: 这是一个更专业化的领域,但在数学中非常核心,全球研究者估计也在千人级别。
模形式和岩泽理论: 这些是数论和代数几何的交叉领域,或者是非常专门化的分支,研究者相对更少,可能在数百人到千人之间。

综合来看, 能够对怀尔斯证明所涉及的 所有 这些高级数学领域都达到 深入、扎实 水平的数学家,数量会锐减。

第四点:掌握程度

即使一个数学家在这些领域都很有造诣,也并不意味着他就能“完全看懂”怀尔斯的证明。

“看过”和“理解”的区别: 许多数学家可能“看过”怀尔斯的论文,了解其大体思想和关键结果,但要做到“完全理解”其中的每一个细节,则需要花费数月甚至数年的时间去钻研。
同行评审的挑战: 怀尔斯的证明在公布之初,也经历了一个漫长而严谨的同行评审过程。即使是顶尖的数学家,在最初的几年里,也需要时间来消化和验证。一些细节甚至在后来的研究中得到了补充和完善。
专家的深度: 真正能够对证明的细节进行深入分析、发现潜在问题或者对其进行进一步研究的数学家,是极少数中的极少数。这些人通常是各自领域的顶级专家。

那么,大概有多少人?

考虑到以上所有因素,我们可以做出一个粗略的估计,但请记住这绝不是一个精确的统计。

首先,有资格尝试理解怀尔斯证明的人,至少需要是数学专业博士毕业,并且在数论、代数几何或相关领域有深入研究经验。 这本身就已经排除绝大多数人。
其次,即使是这些有基础的数学家,能够投入足够的时间和精力去逐字逐句地、深入地理解这个证明的,数量也非常有限。 尤其是在证明公布后的最初几年,能完全掌握的人更是凤毛麟角。
长期来看,随着数学教育的普及和相关理论的进一步发展,能够理解这个证明的人数会有所增加。 但“完全理解”这个门槛依然很高。

一个相对谨慎的估计是:

在证明公布后的相当长一段时间里(比如最初的十年),全球范围内,能够真正称得上“完全看懂并理解”怀尔斯证明的数学家,可能只有几十到一两百人。

这些人主要是:

1. 专门研究模形式、椭圆曲线、伽罗瓦表示的数论家和代数几何学家。
2. 为怀尔斯证明的某些部分提供关键性贡献或做出重要后续研究的数学家。
3. 致力于钻研最新数学成果的数学史学家或数学传播者(但他们的理解可能侧重于思想脉络而非技术细节)。

即使到了今天,虽然相关的教材和解释已经更为普及,但要达到“完全看懂并理解”的程度,仍然需要极高的数学素养和投入。因此,这个数字可能也仅在几百人这个数量级,可能不会大幅度超过千人。

总而言之,怀尔斯证明的是一项划时代的数学成就,它连接了数学的多个前沿领域,其证明本身也是一部包含着大量抽象理论和精妙技巧的“数学史诗”。能够完全理解它的人,绝非普通意义上的“懂”,而是需要成为那个特定数学领域的深度参与者和研究者。

网友意见

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上一次看到这么好的科普读物还是读《量子史话》的时候,如痴如醉,通宵达旦。这一次《费马大定理》这本书又让我“叹为观止”!不得不感叹:数学是上帝留给人类的一把钥匙!整理一下脉络,以此纪念我这次的“通宵达旦”[嘿哈][嘿哈][嘿哈][嘿哈][嘿哈]

费马大定理脉络:

定理内容:x^n+y^n=z^n,当n>2时,无整数解。

1.费马利用“无穷递减法”证明了:n=4无解

2.一个世纪后,欧拉采用了虚数,继续利用“无穷递减法”,证明了n=3无解

3.只需证明所有的质数都无解,则定理成立。但是,有无穷多个质数[捂脸][捂脸][捂脸]

4.热尔曼提出了“热尔曼质数”的概念,即符合n=2p+1(n,p皆为质数) 的质数,并且提出:热尔曼质数似乎符合无解,因为如果有解, 需要满足一个苛刻的条件!就此,科学家相继证明了n=5和n=7的情况。

5.柯西和拉梅一度声明证明了定理,但是存在一个缺陷:他俩将“唯一因子分解”的定理“自动”推广到了“复数”,而事实证明是错误的。

6.数学届遭遇了一场认知危机,即:某些定理存在不可判定性,既不能证明正确也不能被证明错误。由一些悖论引发,比如:一个人说:“我是个说谎者”。大定理经过几百年仍然未能证明,数学家开始悲观,也许费马大定理归于此类。

7.怀尔斯被科茨带入“椭圆方程”的领域。

8.为得到“椭圆方程”的解,数学家用“钟算术”为方程引入了符合“钟算术”解的“E-序列”。

9.数学届有一种运算叫“模形式”,用于研究图形极好的对称性。每一个“模形式”都由一些基本的要素构造获得,每个基本要素的数量排列后,得到“M-序列”。

10.日本数学家志村和谷山提出:所有的“椭圆方程”的“E-序列”和某种模形式的“M-序列”一一对应的猜想,即:每一个“椭圆方程”都可“模形式”,称之为“谷山-志村猜想”

10.弗赖提出:如果存在费马大定理的解,则通过“重新安排”这组解,可以得到一个“椭圆方程”,这个椭圆方程比较古怪,弗赖试图证明“它”不可“模形式”,以此来反证费马大定理无解。

11.里贝特证明了:费马大定理解对应的“椭圆方程”确实不可“模形式”。

12.至此,只缺一环:“谷山-志村”猜想是正确的。

13.怀尔斯引入伽罗瓦的“群论”和“科丽瓦金-弗莱切”的椭圆方程的成果,用“数学归纳法”证明了“谷山-志村”猜想,证明过程如下:

1).纲领:利用“数学归纳法”证明所有的“E-序列”与“M-序列”一一对应

2).将递推基础设置为:“E-序列”的第一项,即:证明每一个“E-序列”的第一项与“M-序列”的第一项都是对应的,引用了伽罗瓦的“群论”

3).得到next项也成立的递推证明

14.总结证明的过程其实是一个反证法的过程,如下:

1).假设费马大定理错误,即费马大定理中的方程有解

2).经过推导,此解可以得到一个椭圆方程

3).根据“谷山-志村猜想”所有的“椭圆方程”都可“模形式”

4).经过证明,2)中得到的“椭圆方程”不可“模形式”,即,不存在这样的椭圆方程

5).费马大定理中的解不存在,即:费马大定理成立。

结语:我们这一轮回的文明也算是争气,没有那么功利!在几百年前,数学问题已经太过领先,而不实用,太多的数学问题并无实际用处,所以,并不是那么急切的需要论证,但是,一代又一代的数学家凭着强烈的好奇心,在孤独中摸索,使得数学领域始终领先化学,物理等实用型学科几百年,为实用型科学奠定了坚实的基础!那些物理学家应该庆幸:当他们遇到一个数学问题的时候 在数学届早已有发展了几百年的模型与之对应!这或许是上帝的旨意!

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