肯尼斯·阿佩尔 肯尼斯·阿佩尔,研究地图的数学家,于2013年4月19日去世,终年80岁 May 4th 2013 |From the print edition 仅就人们心目中的数学家形象而言,它已经好久没有改变了。那是在沙滩上用图例向人们演示直角三角形定理(直角三角形斜边的平方等于两直角边平方之和)的毕达哥拉斯;或是以傲然的出世态度在剑桥书斋中证明万有引力定律(引力的平方反比定律决定了行星的椭圆形运行轨道)的牛顿。他们是单纯凭借智力去发现普遍的和永恒的真理,然后再把真理用数学等式表达出来的人。在他们的眼中,数学等式就是用数字写就的诗篇,这种诗篇力感十足、结构讲究,容不得一丝杂质。 率先打破这种形象的人是肯尼斯·阿佩尔和他的“犯罪同伙”沃尔夫冈·哈肯——没错,这正是大多数数学家对于他们的认识——两人是在计算机的帮助下完成了这次犯罪的:1976年,在伊利诺伊大学教授数学的他们,为了证明一个特殊猜想,将部分工作交给了一台IBM370-168型计算机。1200个小时后,猜想得到证明。在此过程中,这头庞然怪物进行了10万亿次逻辑运算,任凭他们去“蹂躏”那些单凭人类力量根本无法征服的数字。凭着将计算机引入数学领域这一点,阿佩尔和他的搭档改变了数学的性质。如今,这门纯粹的理论科学不仅变成了一门实证科学,而且还成为实验的奴隶。既然机器正在计算出不必需要人类智力去验证的结果 ,那么数学证明也必然变得更加难以确定。这正如一位对此不知所措的教授所说:“狼就在我们之中。” 阿佩尔博士证明的猜想同地图有关。1852年,一位名叫弗郎西斯·古斯里的数学学生萌生了一个离奇的念头:不管一幅地图有多么复杂,到底需要多少种颜色才能确保不存在相邻国家是同种颜色的可能?古里斯认为,答案是4种颜色,但这只是一种猜测而已。不仅他无法用数学方法去证明自己的猜测,而且在他之后的几十年中,别人也没能做到这一点。这项工作要求证明者既要不停地提出适用该条件的新的搭配方法,同时还要证明四色猜想是正确的。一个多世纪以来,数学家们为此绞尽了脑汁。 到1925年时,人们已经能够证明,四色原理适用于有22个国家的地图;到1968年时,这个数字又增加到了40个国家。至此,证明变得越来越繁琐,使得进展都停留在表面。即便是曾经解决了扭结难题的哈肯博士也在1972年宣布放弃。(所谓“扭结难题”就是为怎样解开一盘打了结的绳子找到一种算法,哈肯博士为此花费了三年的时间。)但就是在这个时候,阿佩尔博士开始着手解决四色猜想。计算机真得能完成这项工作吗? 借助于计算机证明数学难题,这个想法本身就具有轰动效应,但阿佩尔博士始终都坚信计算机能够完成这个任务。他曾为麦道公司编写过大型的计算机程序,也曾在政府下属的国防分析研究所干过密码分析工作。对他来说,计算机就是工作中的搭档。当他开始同IBM 370-168型计算机一起工作时,它那种发现“不是那么显而易见的事物”的能力令他惊讶不已。它能“以任何想得到的方式来运用它所具备的海量知识。当数学家说‘不,不,不……你必须那样去做’时,计算机正在那样工作着。”他说,由于计算机在思考问题时“不像一个数学家”,因此成功的几率更大。 即便有了计算机那种耐心而且不知疲倦的帮助(同时还得加上由学生约翰·科赫编写的那个“相当给力”的程序),证明四色猜想仍旧是一项巨大的体力劳动。开始时,阿佩尔博士也像古里斯那样凭直觉认为,这个猜想是正确的。但是,证明这个猜想就如同身处“茂密森林中”的一位猎手:“你心里十分清楚,如果你向任何方向开上一枪,最终肯定会打中一棵树……但是,如果你没有掌握足够的信息,无法确认那个方向上有一棵树的话,情况就不一样了。” 由于这台计算机由学校行政部门管理,因此,阿佩尔博士和哈肯博士花在它上面的时间,大大超出了他们当初的预想。最后,他们终于计算出一套“不可避免”,四色原理可以适用于包含1936个不同国家的地图。为此,他们先是发动家属成员进行人工验算,然后再利用那台超强计算能力的计算机对结果进行验证。当他们将最终结果在《伊利诺伊数学杂志》上公布出来时,一共占用了140多页纸,以及400多个纪录在微缩胶片上的图形。同时,他们还以老掉牙的方式,在数学系黑板上用粉笔写道:“四色足矣”。 亚里士多德 v 伽利略 他们这种不依靠人力的证明是否充分暂且不论。由于这种做法打破了数学界的“规矩”,两人遭到了众多怒不可遏的数学家的攻击。对此,阿佩尔博士一笑了之。他说,他的工作和一生的所爱,就是鼓励年轻人不使用计算机解决问题。如果理论能够在实际应用中得到证明,科学不仅不会因此而受损,反而会从中有所受益。如果不是伽利略最终通过实验证明了亚里士多德的自由落体定理,该定理中的错误毕竟还会一直存在下去。 阿佩尔博士承认,他的证明并非完美无缺,也没能给其他领域带来新的数学发现,就连绘制地图的人也认为它没有什么实际效用。但是,在把计算机当做搭档和工具方面,四色理论的证明是一个突破。有了计算机的帮助,原理得到了“完美的兼容”。对于阿佩尔博士来说,他肯定也会像毕达哥拉斯和牛顿那样,对这种“完美的充分性”感到惊喜不已。 |
yannanchen 发表于 2013-5-31 06:10
allowing them to crunch numbers they knew were humanly unfeasible.
这个结构似乎有问题。
yannanchen 发表于 2013-6-1 00:04
比较
1. THE image of the mathematician, in so far as people have one, has not changed for quite a wh ...
yannanchen 发表于 2013-6-1 00:31
It was a matter of constantly creating new configurations
Configuration 构形。
fsz 发表于 2013-6-1 00:40
能否用英文详细描述一下 in so far as people have one,这个句子的完全含义吗?
对 in so far as 这个短 ...
yannanchen 发表于 2013-6-1 05:45
progress was glacial
进展缓慢, 好像冰川的移动
yannanchen 发表于 2013-6-1 00:04
比较
1. THE image of the mathematician, in so far as people have one, has not changed for quite a wh ...
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