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它被稱為世界三大數學猜想之一,其證明方式卻引發了整個數學界的轟動與爭議

2024-04-29文化

這是一個關於色彩、地圖和數學的故事。只用四種顏色就能為世界地圖染色,而且保證不會有兩個鄰接的區域顏色相同,這可能嗎?

在一百多年裏,幾乎每一位偉大的數學家都曾思考過這個看似簡單的問題,但直到有了電腦的幫助,數學家們才得到一個完全的證明。然而,這種證明方式也引發了數學界的巨大爭議……

本書介紹了「四色問題」的歷史及背後的數學知識,也講述了人類如何思考、證明、解決一個數學問題的有趣歷程。

四種顏色就夠了:一個數學故事

作者:[英] 羅賓·威爾森(Robin Wilson)

譯者:何生

文章:序

這是一本關於四色問題的彩色書。真是太棒了!自從羅賓·威爾森的這本書問世以來,它一直是我最喜歡的數學科普書之一。但在初版時,由於當時的出版條件所限,不得不將它印成了黑白的,結果,那本書只能展現「四種灰色陰影」問題。雖然舊版本仍是一本極好的讀物,其中涉及的數學概念非常清晰,但關於地圖著色的書怎麽說也應該是彩色的。如今,這個夢想實作了。

我之所以喜歡這本書,是因為它把一個艱深的問題處理得遊刃有余,很好地平衡了娛樂性和知識性。作者將這一在數學界算得上是「知名難題」的問題的歷史——這段歷史是那麽非凡而又略顯離奇——與數學思想巧妙地結合。同時,在某種程度上,這本書做到了讓每個對數學感興趣的人都能讀懂,無論他們的知識水平如何。於是,這個扣人心弦的故事變得不僅通俗易懂,而且有真正的知識深度。

如今,我們知道四色問題的答案的確是「四種顏色就夠了」:對任意平面上的地圖而言,若想將擁有公共邊界線的區域用不同顏色區分,所需顏色的最小數量就是四種。因此,它也可以被稱為四色定理。

這個問題最吸引人的地方在於,任何人都能一下子理解題意,同時,人人都認為答案一定是對的,只需要透過紙筆做簡單嘗試就能進行驗證,但全世界的數學家耗費了一個多世紀才完成證明。人們需要一個完整的、在邏輯上毫無瑕疵的方法,來精確無誤地證明四種顏色就夠了。而要做到這一點是極其困難的,它比大部份數學家認為的,或者說預計的,要難得多。

現在,所有已知的證明方法在很大程度上都依賴電腦,但是,就像羅賓告訴我們的那樣,證明遠遠不是「直接用電腦計算」那麽簡單。從數學角度來看的確如此,因為這個有趣的問題涉及的遠遠不止算術和代數,它與結構和概念有關,還涉及視覺化推理。

在電腦上解決數學問題時,最困難的部份往往在於如何將問題轉換為電腦可以處理的形式。而這才是解決四色問題最關鍵的地方。好了,我就不再多描述羅賓寫的這個非同尋常的故事了。能夠劇透答案,我很開心。反正在大家開始閱讀之前,羅賓自己就已經這麽幹了:答案就明擺在封面上。我已經說得夠多了,就讓羅賓以他自己精心編排的節奏和獨特的風格為大家講述這段故事吧!這是一個多姿多「彩」的故事。

伊恩·史超活

2013 年於英國科芬特里