「黎曼猜想」|攸關數字時代

“Solve the Riemann Hypothesis and you'll become famous. But if you're already famous, you run the risk of becoming infamous.”——“解決黎曼假設,你就會變得聲名顯赫。但如果你已經聲名顯赫,你就有可能變得臭名昭著。”

德國柏林時間9月24日上午9點45分,菲爾茲獎與阿貝爾獎雙料得主、英國皇家學會院士邁克爾·阿蒂亞爵士在德國海德堡舉行的海德堡獎諾貝爾獎獲得者論壇上,講述了他對黎曼猜想的證明。

而在演講之前,阿蒂亞爵士就已經意識到了自己公佈此次證明的風險。

對於複雜問題的解析往往優化而精簡,一頁PPT,3分鐘時長的演講,阿蒂亞爵士自信大膽地完成了自己的證明。

但在提問環節,現場卻陷入了長達20秒的尷尬境地,最終第一位站起來的提問者還是來自人工智能領域,他表示仍未能理解,只能詢問阿蒂亞爵士“黎曼猜想”是否已經被證明,而阿蒂亞爵士自信而篤定地回答,“已經被證明了,除非你不相信反證法。”


“黎曼猜想”|攸關數字時代


但是,據事後報道,大部分數學家對該證明都“不予置評”。有人把事件的發展,猜測為是數學界對阿蒂亞爵士的敬重,不願讓他難堪,保持緘默令其不了了之。(事實上,阿蒂亞爵士的前幾次錯誤也基本上是如此落幕的,私下溝通容或有之,但數學界並未大張旗鼓地宣稱他的錯誤)。

不過,對於吃瓜群眾來說,無論證明是否成立,重要的是,“黎曼猜想”已經藉由媒體之手,成功進入了普羅大眾的視野。

甚至有媒體稱,隨著“黎曼猜想”被證明,包括區塊鏈、互聯網等在內的數字時代的加密算法,也會隨之瓦解,這一蓋棺定論引起了軒然大波。


“黎曼猜想”|攸關數字時代


何為“黎曼猜想”

事實上,即使是在深奧晦澀的數學領域,“黎曼猜想”也是一座難以逾越的珠峰。

簡單來說,“黎曼猜想”是關於質數的問題,是為了研究質數的分佈規律。

所謂質數,在小學五年級的數學課本就有其概念,“一個大於1的自然數,除了1和它自身外,不能被其它自然數整除的數叫做質數。”每個自然數都可以表示成質數因子的乘積,質數構成了正整數的基本元素。

從某種意義上講,它們在數論中的地位類似於物理世界中用以構築萬物的原子。質數的定義簡單得可以在中學甚至小學課上進行講授,但它們的分佈卻奧妙得異乎尋常,數學家們付出了極大的心力,卻迄今仍未能徹底瞭解。

1859年,德國數學家黎曼向柏林科學院提交了一篇名為“論小於給定數值的質數個數”的論文,而此次論文的一個重大的成果,就是發現了質數分佈的奧秘完全蘊藏在一個特殊的函數之中。


“黎曼猜想”|攸關數字時代


(黎曼Zeta函數表達式)

黎曼Zeta函數有兩種零點,一種是位於實數軸線上的零點,被稱為平凡零點,另一種是位於其他複平面區域上的零點,被稱為非平凡零點。目前數學家已經證明這些非平凡零點全部位於實部區間為0到1的複平面內,而黎曼則大膽猜想,這些非平凡零點全部位於實部為1/2的一條直線上,數學家們把這條直線稱之為“臨界線”,這就是黎曼猜想。

不過,黎曼論文的成果雖然重大,文字卻極為簡練,與其它嚴謹的論文不同,在黎曼的論文中,包括了很多“證明從略”的地方。更要命的是,“證明從略”原本是應該用來省略那些顯而易見的證明的,黎曼的論文卻並非如此,他那些“證明從略”的地方有些花費了後世數學家們幾十年的努力才得以補全,有些甚至直到今天仍是空白。

而且,除了論文中為數不少的“證明從略”之外,有關於“臨界線”的猜想,黎曼明確承認,這是他自己都無法證明的命題。

價值和對數字時代的衝擊

雖然數學一直是我們學習的主要課程之一,但是,在學生時代,有不少人都認為“生活中只要會加減乘除就可以了,不需要學什麼高深的數學知識”。這種說法顯然是極其錯誤的。

雖然對於大多數人來說,那些連數字基本都很少用的一些高等數學分支,確實是過於飄渺。但是,實際上,我們的生活已經完全離不開數學。

就拿“黎曼猜想”來說,有人統計數學界的文獻中,至少有1000個以上的數學論斷是以黎曼猜想(或者廣義黎曼猜想)為前提的,如果黎曼猜想被證明是正確的,則這些論斷將成為定理,反之,則會淪為陪葬。

人們根據質數分佈規律的無法捉摸和自然界暗含的質數奧秘,與實踐結合,開發應用。

當前,質數被廣泛利用在密碼學上,所謂的公鑰就是將想要傳遞的信息在編碼時加入質數,編碼之後傳送給收信人,任何人收到此信息後,若沒有此收信人所擁有的密鑰,則解密的過程中(實為尋找質數的過程),將會因為找質數的過程(分解質因數)過久,使即使取得信息也會無意義。

小到我們使用的互聯網、ATM機、網銀等進行數據傳輸、簽名驗證、交易,或是實際應用中,汽車變速箱齒輪的設計和根據生物生長週期的質數原理除害,大到以質數形勢無規律變化的導彈等,都依賴於質數的性質來確保正確性和安全性。

尤其是區塊鏈中籤名驗證,其核心就是質數的性質。由於黎曼猜想揭示了質數的分佈模式,有人認為,如果這次阿蒂亞爵士能夠證明黎曼猜想是正確的,質數的產生被證明是有規律可循的,那對於區塊鏈的打擊無疑是致命的。

數學證明是確立結果不是創造結果

縱然質數在生活中的應用頻繁而廣泛,但是,“黎曼猜想”的證明與否對區塊鏈甚至是人類社會的影響其實還有待考證。

科普作家大拿盧昌海認為,“黎曼猜想”的證明或證偽並不會對社會產生直接影響。而且,即便有什麼現實的東西依賴於“黎曼猜想”,它也只依賴於“黎曼猜想”的成立與否,而不是證明與否。數學證明是確立結果不是創造結果。

中國科學院數學與系統科學研究院研究員賈朝華認為,“黎曼猜想”最大的意義,首先在於大膽的猜測,另外指出了複數函數零點與素數個數如何聯繫,非得說實際用處,反而貶低了“黎曼猜想”的重要性和地位。

而在區塊鏈的加密算法中,雖然RSA的密鑰加密算法,確實是利用質數分佈的規律所建。但是,有業內人士表示,RSA的安全性依賴於大數分解,就算通過“黎曼猜想”得到了質數公式(理論上暫時無可能),RSA密鑰長度也會隨著保密級別的提高,其解密難度的增長要以千億倍計。


“黎曼猜想”|攸關數字時代


而目前被RSA視為最大對手的量子計算機,由於各種問題距離真正落地還有很長的路要走。

而且,現如今人們討論的加密算法,只是眾多加密算法中的一種,實際上,會不斷有新算法誕生,人們也完全可以採用更安全、更保密的算法,根本無需擔心,因為未來無限。


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