尊严的四色定理

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  写下这个标题,我想到一个故事。
  闵可夫斯基在哥廷根大学教书的时候,有一次,刚跨进教室,一个学生给他递上一张字条:如果要把一张地图上所有相邻的国家用不同的颜色区分开来,只要4种颜色就已足够。你能解释一下其中的道理吗?
  教授看完字条说:“这已是一道名题了,之所以至今没有得到解决,那是因为没有第一流数学家关注过它。”他跨上讲台,直接在黑板上演算起来,不知不觉,下课铃响了,问题还没有解决。第二天,他在课堂上继续这道问题的证明,仍然无果而终。如此一连挂了多天黑板。那一天,先生脸色凝重,跨出教室,忽然雷声大作,他自我调侃说:“哎,老天爷在责备我狂妄自大了。我也无法解决这个问题。”
  闵先生,与克莱因、希尔伯特并称哥廷根大学数学三巨头,也是爱因斯坦的老师,爱因斯坦不去听课那阵,闵先生还骂过爱因斯坦懒虫,后来爱因斯坦得知。闵先生也是给表述狭义相对论提供“闵可夫斯基四维时空”数学模型的恩师。但,数学从来不会去看一个人的名声或者脸色的。
  让我们回到1850年,有一个叫格思里的英国青年。他在绘制地图时偶尔发现了这个“四色定理”,当时,只是一个猜想,但他感到很有意思,立即写信给他仍在伦敦大学读书的弟弟。他弟弟也认为应该是这样,但同样无力证明这个结论,立即去请教他的老师,著名数学家德·摩根。摩根也不含糊,他将两个同心圆的圆环部分分成3个区域,以这样4部分的图形。表明了3种颜色是显然不行的,但是,要他给出只要4种颜色的证明,他办不到。1852年他又写信去请教发明四元数的哈密尔顿。起初,哈密尔顿还很不以为然,但当他陷入这个问题后,尽管智慧过人,也耗费13年心血,仍一筹莫展。
  又过了大约13年,问题还没有得到解决,有人正式把“四色问题”递交给了伦敦数学会,向全世界征求解答。不到一年,有位叫肯普的律师交来一篇论文。称已经“证明”出来了。他的证明于1879年发表于《美国数学杂志》。问题好像已经结束,可又过了11年,希伍德发现了这个证明的一个“窟窿”。希伍德是一个细心人,他没有完全否定肯普,在修补窟窿的进程中,他借助肯普提供的方法,证明出了五种颜色足以区分地图。即后人称的“五色定理”。
  选择数学,也许就选择了苦行,选择了太上老君那只炼丹炉。人类历史上,我们还没有发现一位天才没有被数学难倒过、否定过。
  令人十分困惑的是。这个四色难题在更复杂的曲面上反倒容易证明,到1968年,数学家已解决了除平面和球面之外,所有曲面的四色问题,恰恰在最简单的平面和球面内无力攻克。更有一个疑难,构形的可能情况实在太多。多到要作200亿个判断才能确定。这样,直到电子计算机出现,才带来新的曙光。1976年6月美国伊利诺斯大学的数学家阿沛尔和哈肯。运用当时最先进的电子计算机,花了1200个小时,单单计算程序就修改了500多次,终于攻下了这个四色定理。
  据说,后来又有人发现他们的证明还有错误,好事多磨,直到1989年他们又做了新的修改。即使这样,事情好像仍未完全结束:用一种人工无法验证的机械方法给出的证明,算不算数学证明?既然人的认识是无限的,有没有一种超越机械的证明方法,在等待着我们?
  有时数学会是这样的,比如黎曼猜想(1859年由黎曼提出),即使你拿出10万亿个数值证据,证明这个猜测是正确的,但仍然只是一个猜想,不能说它已经得到证明。有时数学又会是这样的。比如四色定理,它谦卑得连文盲也不会把它的意思弄错。当你初接手时,你会觉得答案就在河对面,游过河去就有了,因此,谁都想试试。根本不会想到文盲都能看懂的问题也会这么困难,最终还不是完全由人完成,而是借助计算机才能解决。那个哥德巴赫猜想,270年了,看懂它,中小学文化已经足够。根据媒体报道,宣称解决了这个猜想的民间研究者,已经有几十个了,可它还屹立在那里!
  尊严的四色定理。尊严的数学!
  责任编辑/田心红
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