在數學史上,最荒誕的一句豪言是「這空白處寫不下我的證明」。它來自17世紀的皮埃爾·費馬,一個業餘數學愛好者。他在《算術》一書空白邊角寫下:當n大於2時,xⁿ + yⁿ = zⁿ 無整數解。他說他有一個「奇妙」的證明,但空白處寫不下。
後人整整追了357年。
無數天才跌倒在這句自負的留言上。歐拉證明了n=3無解,然而他止步於更高指數。19世紀,黎曼搞出複變函數和黎曼猜想,也沒能靠近費馬。到了20世紀,數學界已經普遍相信費馬自己壓根沒有證明。
直到1994年,安德魯·懷爾斯在普林斯頓的閣樓中,完成了這個時代最長的伏筆。
從10歲起,懷爾斯就被這個問題困住。他不是一開始就知道怎麼做的,他是在1963年偶然翻閱一本書時看到它。
20世紀50年代,日本數學家谷山豐和志村五郎提出了一個幾乎沒人聽懂的猜想:每一個橢圓曲線都對應一個模形式。這是兩個完全不同世界的聯繫。就像你說,一隻貓和一首交響曲是同一回事。
這個猜想沒有被證明,但成了整個故事的核心線索。1986年,肯·里貝特從加州大學伯克利分校發文,把它和費馬聯繫了起來:如果谷山-志村猜想成立,那麼費馬的最後定理也必定成立。
這是懷爾斯人生的轉折點。
他意識到,只要證明谷山-志村猜想中一個關鍵特例,他就能一勞永逸。沒有人注意到他突然對橢圓曲線興趣高漲,他假裝自己在寫其他東西,其實全部時間都壓在那一條線上。
七年獨自攻堅。他用層層構造方法建立模形式,像推倒第一張多米諾骨牌。但鏈條不是自動倒的,他要一個個搭橋。
1991年,他去波士頓開會,聽到一個舊熟在講學生馬蒂亞斯·弗拉赫正在延續柯里瓦金的工作,搞一種「柯里瓦金-弗拉赫方法」來研究橢圓曲線。
他聽懂了,並意識到自己之前缺少的橋,或許就在這兒。
再過兩年,他找來普林斯頓同事尼克·卡茨。兩人每周秘密會面,對外稱是開設研究生課程。其實是在逐行校驗懷爾斯的證明過程。卡茨確認,方法有效。他們準備公布。
1993年6月,懷爾斯在劍橋召開講座。觀眾爆滿。三個小時後,他寫下:「Fermat』s Last Theorem」,然後說:「我今天講到這裡吧。」全場鼓掌。
論文提交給頂級數學期刊《數學年刊》,主編是傳奇人物巴里·馬祖爾。他找來六位頂尖數學家審稿。發現問題的人,竟然是卡茨。他發現「柯里瓦金-弗拉赫」方法中的某一步無法閉合。
懷爾斯崩潰。他試圖修補,試了好幾個月,無果。他說:「如果失敗了,我會很難過,但不會後悔。」
1994年秋天,懷爾斯請來曾是他學生、也是審稿人的理查德·泰勒。兩人再次合力,但幾個月過去了,還是不通。泰勒回到劍橋,懷爾斯一度準備放棄。
9月19日早晨,一切轉變。
懷爾斯意識到,柯里瓦金-弗拉赫雖不完美,卻給出方向。他想起學生時代接觸的岩澤理論:研究橢圓曲線的p進結構。他突然發現,如果將兩種方法結合,能夠走通剩下那一步。
八年攻關,他用129頁證明一個17世紀的問題。
1995年,《數學年刊》正式刊登他的完整證明。
這是一次數學上的合圍戰:歐拉打通局部,谷山和志村提出設想,里貝特連上線索,懷爾斯合力封頂。他不是憑空跳躍,而是將前人散落的斷片,用現代數論語言縫合。
他的證明建立在極為深奧的現代數學工具之上,包括橢圓曲線、模形式、伽羅瓦表示、岩澤理論、Hecke代數等。這些名詞每一個都能勸退本科生。
費馬說他有一個「奇妙的證明」。懷爾斯的證明非常不奇妙,它漫長、艱深、充滿繞彎與變招。它不像17世紀能寫在頁邊,它必須寫滿整整一百多頁。
我們仍不知道費馬到底有沒有證明。可以確定的是,他要是看了懷爾斯的論文,大概率也讀不懂。
懷爾斯解出它,不是為了諾貝爾獎(數學沒這個),也不是為錢。他只為一個童年時看到的句子。
整個證明的技術核心是將橢圓曲線「模形式化」——讓曲線上的點變成一個傅里葉級數上的函數。你以為是幾何,結果跑去了複分析。
而它為什麼成立?沒有人完全搞清楚。就像引力波預測100年後被驗證,很多人能使用,但很少人真正懂它背後怎麼回事。
費馬的問題並不「實用」。它不是為了解決物理問題,也不會帶來新的工程技術。但它像一座高山,幾百年沒有人能登頂。懷爾斯上去了,用的不是繩子,而是數學本身織出的梯子。