数学|什么是数学证明?四色猜想的证明为何震动了整个数学界?( 二 )


这种对推理过程认识的深化 , 自然地就导致有些数理逻辑学家提出关于定理证明的想法 。 即∶有可能制造出一种机器以代替人类思维 , 代替人类进行推理 。 但是也有人反对 , 最有代表性的如当时一代数学大师庞加莱就对这个想法大加责难 , 还带有讽刺般地说:


现在已经有屠宰机器 , 当牲畜赶到机器的一端时 , 机器便把这些牲畜宰杀成罐头 , 从另一端输送出来;现在有人竟然想制造一部机器 , 当把定理的前件送到机器的一端后 , 便可以把定理的结论从机器的另一端输送出来(或者公理、定义送到一端后 , 各式各样的定理便从另一端输送出来) , 这种想法是注定不可能实现的 。
庞加莱的看法绝不仅仅是他一个人特有的想法 , 实际上是代表了当时数学界流行的、占统治地位的思想 。 试想一想 , 在这种想法流行的时候 , 特别还是那么有声望的大人物所反对的想法 , 人们还会想方设法制造电子计算机去实现定理证明吗?
然而随着数理逻辑对推理过程本质研究的渐渐被认识 , 反对制造定理证明机的人们在日益减少 , 而支持的人却越来越多 。 本世纪50年代 , 塔尔斯基首先从理论上证明了∶在初等几何以及初等代数的定理证明是可以机械化的 。 不过他给出的机械化方法过于繁复 , 在实践中真正实现起来是相当困难的 。 正是因为这样 , 所以他的结果给人以这样一个感觉∶定理证明能机械化的设想是个例外 , 因为大部分初等几何及初等代数以外的结果都是不能机械化的 。 另外 , 塔尔斯基还提出了制造证明机的设想 。 无疑这种理论上的阐明是重要的 , 就如图灵从理论上证明电子数字计算机是可能的一样 , 它让人觉得自己的实践和试验不是盲目的 。
科技的进步为人们的这些设想提供着物质基础 , 终于人们制造出了证明定理的机器 。
五十年代中期 , 美国开始利用计算机进行证明数学定理的尝试 。

1959年 , 王浩用计算机证明了罗素和怀特海所著的《数学原理》这一经典著作中的300 多条定理 , 一共只用了9分钟的机器时间 。 这件事在数学界(特别是数理逻辑界)引起了轰动 。 他所使用的方法就是罗素和怀特海的技术 , 因为在《数学原理》中有许多标准的技巧是可以很快地变为机械的手续 。 接着J.A.Robinson发展了并使之成为一种标准的方法 。 这个结果就导致许多人对定理机器证明的前途看好 , 甚至有人还在1958年做出预测说 , 在10年之内计算机将发现并证明一个重要的数学新定理 。 也有人设想 , 前人像皮亚诺、怀特海、罗素、希尔伯特以及图灵等的梦想都将实现 , 然而事情的进展并没有人们预想的那样顺利 , 不过随着时间的推移 , 这些设想终究成为了现实 。
首先是20世纪70年代 , 美国的数学家阿佩尔和黑肯借助于计算机证明了著名的四色猜想 , 震动了数学界 。 它标志着计算机证明数学定理有着很好的前景 。 尽管如王浩先生的说法 , 四色猜想的证明是一种使用计算机的特例机证 , 但是它是一个人没有能够解决的数学问题 。 而且它的证明又非传统上的形式 , 于是就引起了人们继数学基础研究、希尔伯特探讨数学证明之后的又一次对数学证明的思考:什么是数学证明?
而上世纪70年代 , 在国际上掀起的一股研究以\"非\"字当头的科学中 , 由曼德布罗特创立的分形几何学 , 更是得力于计算机的强大功能 。 计算机在这里并不是证明定理 , 而是帮助人们提出猜想 , 引发思考 。 我们当如何看待这门学科呢?有人认为它不是数学 。 但也有更多的人认为它是一门数学学科 , 特别是物理学家 , 因为分形几何正在成为研究大自然中许多复杂现象的有力工具 。 双方争执的焦点是\"什么是数学\"这个基本的数学哲学问题 。

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