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數論問題困難性的根源是什麽?

2018-12-27科學

謝邀。

並不是數論相比其他數學分支更困難,主要是 表述比較初等、不涉及抽象概念的 未解決難題,大部份分布在數論或者組合數學這樣的分支裏。而且人天然會把目光聚焦在 未解決的難題 上面。像 二次互反律,或者四平方和定理 這種「不那麽難」的數論問題,因為在200年前就被大數學家們用比較初等的方法解決掉,從而幾乎喪失掉了作為難題的尊嚴。眾所周知,數論是數學中最為古老的分支之一,經過兩千年來百代數學家們層層篩選後仍然沒有被解決的問題,它當然會是難題。一個更有意義的問題或許是:「為什麽數論領域能夠源源不斷地生產難題?」

不過這種問題對我來說也不難理解。因為不只是數論,幾乎所有還活躍的數學研究領域,要造難題簡直太容易了。就拿微分幾何來說吧,Einstein度量是比較核心的幾何物件之一。三維及以下的Einstein度量是平凡的常曲率空間;然而就在第一個不平凡的維度,4維Einstein流形,它的分類就是一個難得令人發指的問題。即使對最簡單的4維閉流形—— S^4 ,如果你能分類它上面所有Einstein度量,你基本有望拿Veblen幾何獎,甚至是費爾茲獎。即使是對限制性強得多的Kahler-Einstein度量,其在4維(復2維)的分類問題也是高度非平凡的問題,在過去20年眾多幾何分析專家對KE曲面進行了大量研究,取得了一些重要結果(但離完全分類還差得遠)。而要完全分類4維實Einstein度量?呵呵,悲觀估計未來一個世紀內都沒什麽希望。

其實「能做出來就能拿菲獎」的數學難題,在各大數學領域簡直成千上萬,似乎給人很多機會,然而做不動就是做不動。有時候不禁感嘆人類對數學的認識是多麽匱乏,很多理論最簡單的情形都是一個個大猜想。——比如Langlands綱領似乎只做到GL(2)的情形?這也算是數論相關,數論問題可不都是像哥猜那樣平易近人。。這種無力感,絕不僅僅在數論領域存在,在所有活躍數學分支,以及數學以外,只要在研究前沿,都能感受到「未知的深淵」。