书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(上)
46178500000014

第14章 “2=1+2”的证明

我国数学家陈景润证明了“2=1+2”,差一点儿摘取了“皇冠上的明珠”。“2=1+2”是什么?“皇冠上的明珠”又指的是什么?这还要从头说起。

欧拉曾经说过:“今天人们所知道的数的性质,几乎都是由观察发现的……甚至到现在还有许多关于数的性质是我们所熟悉而不能证明的,只有观察才使我们知道这些性质。”德国一位普通的中学教师哥德巴赫正是依靠试验、观察,发现任何一个偶数(除了2,它本身是一个质数)都能表示为两个质数之和。例如,4=2+2,6=3+3,8=5+3,10=5+5,12=5+7,14=7+7,16=13+3,18=11+7,20=13+7,…,100=97+3,等等。他作了大量的试验,都是如此。不过他很清楚,纵使是对千万次的试验都成立,也不能说明命题为真。他于1742年6月7日写信给欧拉,说明他相信“任何大于2的偶数都是两个质数的和”,希望欧拉能帮他作出证明。欧拉在同年6月30日的回信中说他相信这个猜想,但他不能证明。

还有一种说法是哥德巴赫信中提出了两个结论,另一个结论是:“每一个奇整数或者是一个质数,或者是三个质数之和”。这后面的结论其实可以从前面的结论推出,因为如果n是奇数,那么从n减去任意一个质数p,n-p就是偶数。前一结论就是著名的哥德巴赫猜想。若用“2”来表示一个大于2的偶数,用“1”表示一个质数,则哥德巴赫猜想又可简写为“2=1+1”。

欧拉是当时首屈一指的数学家,这问题的叙述如此简单,而欧拉却不能证明,这引起了大家的注意,历代许多数学家都研究试探过,但至今尚未得到解决。

1900年,希尔伯特在巴黎的数学大会上发表了意义深远的23个数学难题,其中第八个问题就提到了哥德巴赫猜想。长期以来哥德巴赫猜想一直被人们誉为数学“皇冠上的明珠”。

在一段漫长的时期中,哥德巴赫猜想的证明似乎已完全无法进行。出乎意料的是,1931年,一位不出名的苏联年轻人取得了戏剧性的成果。他证明了每一个正整数能表示成不超过30万个质数之和。与哥德巴赫的猜测结论相比,这个结论似乎太滑稽了,太逗人发笑了!但这是可贵的第一步,是零的突破!“万事开头难”,之后,人们对哥德巴赫猜想的研究进展极大。

1937年,苏联数学家维诺格拉托夫证明了“充分大的奇数可以表示为3个质数之和”,由此推出每一个充分大的正整数都是4个质数之和。把结论中的质数的个数由30万减为4,比较地接近于哥德巴赫的结论。不过维诺格拉托夫的结论只对充分大的自然数成立。

1938年,我国著名数学家华罗庚取得了重要成果。华罗庚是自学成才的楷模,在他填写的户口簿中可以看到,他的文化程度是“初中毕业”。他初中毕业后由于交不起学费,只得在小杂货店里帮做杂务。在他的柜台上,常常一边放着账册、算盘,一边却放着数学书籍。后来到一个学校当会计,每天晚上大约8点钟才能回家。清理好账目之后才能读数学,常常学到深夜。

19岁时,华罗庚发现一位大教授的论文写错了,便写了《苏家驹之代数的五次方程式解法不能成立之理由》一文,于次年发表于上海《科学》杂志第十五卷第二期。就在这时金坛流行伤寒,华罗庚不幸染病卧床半年,险些丧生。

华罗庚在贫病交加中刻苦自学,又发表了几篇数学论文,引起了清华大学数学系主任熊庆来教授的注意。他打听到华罗庚原来是个失学青年,深为震惊,便写信邀华罗庚来京。就这样在熊庆来教授的帮助下,华罗庚到清华大学数学系当管理员。他自学了英语、德语。24岁时,他已能用英文写作数学论文。25岁时,他的论文已引起国外数学家的注意。28岁时,他当上了西南联大教授。外国报刊评价说:“华罗庚的研究著作之广,足以使他堪称为世界上名列前茅的数学家之一。”

华罗庚证明了“几乎全部偶数都能表示成两个质数之和”。换句话说,任取一个偶数,它能表示成两个质数之和的概率是1。

1966年,我国数学家陈景润在《科学通报》第17期上发表了震惊中外的论文,指出每一个充分大的偶数都能表示为一个质数及一个不超过两个质数的乘积之和。这就是所谓“2=1+2”,人们称之为“陈景润定理”。陈景润的结论已经接近哥德巴赫的解,得到国际数学界的一致好评,被誉为“杰出的成就”、“光辉的顶点”。一位英国数学家给陈景润的信中热情地写道:“您推动了群山!”不过哥德巴赫猜想尚未最后获得解决。陈景润差一点儿摘到了“皇冠上的明珠”。

有一段时期,陈景润的“2=1+2”成了国内头号新闻,火车上、轮船上、饭店里都听到人们的议论:“什么叫2=1+2?”“陈景润什么样子?脑袋很大吧?”

成功来自勤奋。抗日战争时期,年仅十三四岁的中学生陈景润,从清华大学一位教授那里听到了关于哥德巴赫猜想这个引入入胜的故事。从那时起,他就开始钻研大学的数学课本,准备摘取数学皇冠上的明珠。陈景润把全部身心都献给了数学,把所有的时间,都用在数学研究上,无心考虑别的事情,特别是一些生活上的琐事。他的鞋子经常忘了结鞋带,衣服纽扣也没扣齐,即使出国了,衬衫的领子也皱得不像样,以致有人讲他是“数学怪人”。

陈景润思想境界高尚。1979年,陈景润应邀到美国普林斯顿高级研究所工作了5个月,薪金收入1万美元,然而他只花了2500美元(包括房租、水电),回国后,他把节余的7500美元,全部献给国家。他的身体不好,医生常劝他休息,他的回答是:“革命加拼命,拼命干革命,有命不革命,要命有何用?”

陈景润的研究成果,激励着更多的人继续攀登,因为从“1+2”到“1+1”似乎差不多了,谁不想最后摘到明珠呢?年轻的读者,您有什么想法呢?请听陈景润的忠告。

陈景润在他的《初等数论》(I)的序言中写道:“据多年来的经验,数论中的不少世界著名难题,例如哥德巴赫猜想,费马大定理等,具有初中毕业程度的同志们,经过自学都能自明其意思。但是对于它们的困难程度都了解得很少,甚至没有了解。以至许多同志,特别是许多青年同志,盲目地将许多精力浪费在用一些初等数论的方法证明这些世界著名难题,而不知道要解决这些世界著名难题,首先需要学习许多非常高深的数论论文,还要经过多年刻苦钻研,然后才有可能从事这方面的研究工作。我认为在最近几十年,关于哥德巴赫猜想、费马大定理等世界著名难题是不能只用初等数论方法得到证明的。所以希望青年同志不要走入歧途,不要浪费时间和精力。”

这段话的意思是,要大家踏踏实实地打好基础。