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數學史上亙古未有的奇跡

來源:轉載 2008-04-15 11:35:25

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  公元1852年,畢業于英國倫敦大學并從事地圖著色工作的佛朗西斯?格里斯,發現了一個奇怪的現象:無論多么復雜的地圖,只要用四種顏色,就可以區分有公共邊界的國家和地區。佛朗西斯覺得這中間一定有著什么奧妙,于是寫信向其胞兄佛德雷克詢問。佛德雷克對數學造詣頗深,但絞盡腦汁依然不得要領,只好求教于自己的老師,著名的英國數學家摩根(Morgan,1806~1871)。摩根教授懷著濃厚的興趣,對此苦苦思索了幾個晝夜,覺得無法判定佛德雷克所提的問題是對還是錯。于是便寫信給摯友,著名的數學家哈密爾頓(Hamilton,1805~1865)探討。哈密爾頓才華橫溢,當時以發現“四元數”(一種在復數基礎上擴展的新數)而飲譽歐洲。

  摩根在信中希望哈密爾頓要么能證明“如果一張地圖,圖上任意分成許多部分,要求有共同邊界的兩部分涂不同顏色,那么只要四種顏色就夠了”,要么構造出一個需要五種或更多的顏色的圖來。

  然而,智慧超人的哈密爾頓兩者都沒能做到。他耗費了整整13年心血,終于一籌莫展,抱恨逝去!

  哈密爾頓死后,又過了13年,一位頗有名望的英國數學家凱萊(Cayley,1821~1895)在一次數學年會上把這個問題歸納為“四色猜想”。并于次年,即公元1879年,在英國皇家地理會刊的創刊號上,公開征求對“四色猜想”的解答。從此,“四色問題”不脛而走,成為街談蒼議的熱題。

  但上述狀態并沒有持續很久。在征解消息發出的同年,一位半路出家的數學家肯普,發表了一個關于四色定理的證明,這使曾經出現的一時轟動很快平息下來。人們普遍以為“四色猜想”已成為歷史。不料過了11年,即公元1890年,一個名叫赫伍德的青年,指出了肯普在證明中的錯誤。從而使這一沉熄了十年之久的問題,又重新燃起了熊熊的烈火!與此同時,赫伍德匠心獨運,利用肯普提供的方法,成功地證明了用五種顏色能夠區分地圖上相鄰的國家。這算是在向“四色猜想”進軍中第一個重大突破!

  正因為五色定理的證明不很難,所以與費爾馬猜想及哥德巴赫猜想不同,有不少數學家小看了四色猜想。相對論的創始人,偉大物理學家愛因斯坦的數學導師閔可夫斯基(Minkowski,1864~1909)教授,就是其中最為典型的一個,他認為四色猜想之所以沒有解決,是因為世界上第一流的數學家還沒空去研究它。

  有一次,教授給學生上課,他偶然間提到這個問題,隨之即興推演,似乎成竹在胸,寫了滿滿一個黑板,但命題仍未得證。第二次上課,閔可夫斯基又繼續推演,結果仍舊是滿懷信心進教室,垂頭喪氣下講臺。如此這般折騰了幾個星期之后,教授終于精疲力竭。一天,他走進教室,疲憊地注視著依舊掛著“證明”的黑板。此時適逢雷電交加,他終于醒悟,并愧疚地承認:“上帝在責備我,四色問題我無能為力!”這以后,全世界數學家都惦出了“四色猜想”的沉重份量。

  人類智慧面對著又一個世界難題的挑戰。在正面失利之后,數學家們決定從側面進軍!

  1922年,有人證明了國家數f≤25時四色猜想成立;1938年,國家數f推進到32;1969年又推進到45。47個春秋,僅僅使國家數推進了20。這確是一條布滿荊棘、令人生畏的路!主要困難是構形的可能性太多,需要做兩百億次的邏輯判定,這遠不是一個人的力量所能做到的!人們對此望而生畏了!

  就在這時,科學的地平線上出現了一道曙光!電子計算機的運用,使四色猜想的證實有了希望。然而在七十年代初,即使是電子計算機,也要連續算上十一年半!這是何等艱難的目標,但人類并沒有放棄這種機會,進軍的號角吹響了!科學家們通力合作,一面不斷改進方法減少判斷次數,一面繼續提高計算機的計算速度,使問題的解決終于有了眉目。

  公元1976年9月,美國伊利諾斯大學的數學家阿沛爾和哈肯教授,運用每秒計算400萬次的電子計算機,在運轉1200小時后,終于成功地完成了“四色定理”的證明工作。

  電波傳來,寰宇震動!數學史上的三大難題之一,在人與計算機的“合作”下,終于被征服了!這是亙古未有的奇跡,為紀念這一歷史性的時刻與史詩般的功績,在宣布四色定理得證的當天,伊利諾斯大學郵局加蓋了以下郵戳:

  “Four color ssuffice!”(四種顏色足夠了!)

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