讀完了《玩火的女孩》發現作者也為費瑪最後定理著迷, 把它安排進小說中。 我也曾經一段時間對於最後定理的這段故事相當嚮往, 所以就說一說我所知道的故事了。
費瑪 (Pierre de Fermat) 喜歡讀數學名著,常常算題目,喜歡研究數學,也喜歡和別人交流,如常寫信給巴斯卡、笛卡兒互相吐槽,因此創出許多的數學領域與理論,著實困擾著後世千千萬萬的學生。
他老兄有個壞習慣,在做題目或看書時喜歡在空白處寫下自己的眉批見解,當成自己的「定理」,但都沒給證明,所以沒人知道到底那些定理是他嚴謹證明過的結果還是存粹只是他的猜想。就因為這樣,他老人家死後卻留下一堆猜想。
費瑪的那些眉批手稿最後被其兒子克雷門.山繆.費瑪 (Clement-Samuel) 整理後出版,上面的猜想一一被各路的數學家證明。不知道他是怎麼辦到的,費瑪大部分的猜想都是對的,唯一一個錯誤是在費瑪死後的67年才被尤拉所證明。
費瑪的這些猜想最後一個被證明出來的稱為「費瑪最後定理」。這個定理是費瑪在看了畢氏定理後,隨手在空白處寫下:
將一個立方數分為兩個立方數,一個四次方數分為兩個四次方數,或者更一般地將一個高於二次冪的數分為兩個同次冪的數,這是不可能的。我已得到正確而巧妙的證明了,可惜這書的空白邊緣太少而不能容納全部的證明。
前段說明畢氏定理的指數次方改成3以上,則方程式將不會有整數解。後段說他有一個巧妙的證法。
這種說法極盡挑釁之能事,說會證就算了,還說有個「巧妙」的證法,這讓其他驕傲的數學家不服氣,紛紛投入自己的青春歲月來研究這個定理。但它還是折服了無數的數學家,有人想證明它是錯的,卻找不到反例;想證明是對的,卻又沒辦法證出。
最後這個定理被普林斯頓大學數學系教授安德魯懷爾斯 (Andrew Wiles) 在費瑪死後的360年才被證明出來,但卻是用了200頁的篇幅來證明這個看似簡單的定理,用的是20世紀的現代數學,這樣還稱得上「巧妙」嗎?
懷爾斯似乎就是出生來證明這個定理的,自從他10歲知道這個定理起,就被它深深吸引。而剛好他的人生際遇巧到都與這個定理相關,即使在當時他並不知道這麼巧。從他的論文領域「橢圓曲線」、到後來的谷山一志村的猜想、包括花了5年的光陰研究又因失敗而放棄的Iwasawa理論卻,最後他用Flach-Kolyvagin方法完成證明。
1993年6月21日連續三天演講的最後一天,演講廳與走廊擠滿了數學家、大人物及記者,他宣告最後定理命題正式結束。會場為此數學盛事喝采,為延宕300多年的費瑪最後懸案畫下句點。
後來所有的數學家開始檢視他的證明,發現了Flach-Kolyvagin方法論證的錯誤,於是他又回到專心研究的隱居生活,一年後仍失敗,正當他準備要向全世界承認失敗時,他突然意識到被他放棄的Iwasawa理論可以補者個瑕疵,最終他成功完成了費瑪最後定理的證明。
這件數學史上查核得最徹底的數學稿件最後終於刊登在1995年5月號的《數學年刊》上。
後記
費瑪最後定理還有一段救活一個人的有趣插曲,話說沃爾夫斯凱爾(Paul Wolfskehl)迷戀著一位女性,很遺憾的是他被拒絕了,想不開的他決定要自殺,而且他很謹慎地計畫他的死亡,最後他決定了自殺的日子,並打算在午夜時開槍射擊自己的頭部。由於他是如此謹慎小心的人,以至於自殺當天他提前在午夜就將所有的事情都弄好了。為了消磨這段時間,他到圖書館看數學古籍,就這樣他被一系列有關費瑪最後定理的東西給迷住了,甚至他認為他找到了庫默爾在解釋何西和拉梅失敗的原因上的一個漏洞,以致於他錯過了他自殺的時間。直到黎明,沃爾夫斯凱爾補起了庫默爾的漏洞,但是費瑪最後定理依舊不可解。於是這個定理喚起了沃爾夫斯凱爾的生命欲望,就這樣沃爾夫斯凱爾改寫了他的遺囑,他決定將他財產中的十萬馬克當做一個獎,給任何能證明費瑪最後定理的人。這個誘惑是如此的大,一下子許多是與不是的數學家都投入費瑪最後定理的工作。