波恩哈德·黎曼(1826年9月17日—1866年7月20日),这个 19 世纪的德国数学家,只活了 39 年。他一生没写过多少论文,却像一位“数学建筑师”,为现代科学搭好了最关键的“脚手架”。今天,我们就来聊聊这位“低调的大神”,以及他如何用一支笔,改写了人类理解世界的方式。”
为什么说搞懂黎曼,才算摸到数学的“天花板”?
少年黎曼,数芽初绽
6岁便在数学展现出惊人的天赋。他曾在14岁时就自学了近代数学先驱欧拉、法国数学家勒让德等人的多部著作,他仅仅用了6天就将859页、大4开本的《数论》全部读完,因此掌握了大量系统的数学知识,这也无疑是黎曼对素数之谜感兴趣的开始。因为对数学的热爱,他放弃神学和哲学,改学数学,师从拥有“数学王子”美誉的高斯。
几何奠基,黎曼猜想
黎曼一生有无数成就,先后创造了黎曼函数、黎曼积分、黎曼几何、黎曼引理、黎曼流形、黎曼映照定理、黎曼—希尔伯特问题、黎曼思路回环矩阵和黎曼曲面等理论。
这其中非常值得介绍的是黎曼几何,他让我们知道了“空间不是平的,就像你脚下的地球”。
在《欧几里得在几何学中的那些事儿》一文中我们讲述了欧几里得的欧式几何。而与欧氏几何相对的是非欧几何,它又分为罗氏几何和黎曼几何。这三种几何系统90%的公理都是相同的,最后差出了一条看似无关紧要的公理,但由此发展出来的知识体系就完全不同了。其中,黎曼几何是超弦理论的数学基础,在计算机图形学和三维地图绘制也有广泛应用,今天计算机动画的生成是离不开黎曼几何的。而黎曼几何真正被世人知晓并非某个数学家的功劳,这要归功于著名的物理学家爱因斯坦。因为他的黎曼几何曾启发爱因斯坦,直接影响了广义相对论的诞生。
此外,黎曼所有成就中最能代表黎曼在数学上天才智慧的当属“黎曼猜想”。他的这一猜想足足困扰后世160年,并被列为千禧年七道世纪难题之一。
提起“黎曼猜想”,可以这么说,素数像星星,而黎曼找到了它们的“星图”。有人认为黎曼猜想在数学上的重要性要远远超过大众知名度更高的“哥德巴赫猜想”和“费马猜想”。因为如果黎曼猜想假设成立,又一千多条命题将荣升为定理,而如果假设不成立,许多数学家毕生的心血将付之一炬。
为什么全世界数学家都想证明它?因为它一旦被证实,从密码学到计算机科学的无数理论都能站稳脚跟。比如我们网购时的加密技术(RSA 加密),核心就是利用“大素数分解很难”,而黎曼猜想能帮我们更清楚地知道“难在哪里”。
数理之花,应用结果
黎曼的数学成果在今天获得广泛应用。GPS 卫星定位的校准间接用到黎曼几何 —— 卫星高速运动和地球引力场会导致时空轻微弯曲,需用黎曼几何修正时间偏差,否则每天定位误差会超过 10 公里;而我们日常用的网银加密、手机支付(依赖 RSA 等加密算法),本质上基于 “大素数分解困难” 的数学特性 —— 破解密码需要分解一个极大的数(由两个大素数相乘得到),而黎曼函数的研究揭示了素数分布的规律,为这类加密算法的安全性提供了理论依据。
思接寰宇,志越百年
最后,黎曼的故事告诉我们:真正的突破,往往始于“不接受理所当然”。他不觉得“空间必须是平的”,不满足于“素数只能数出来”,不害怕“函数可以有多层结构”—— 这种敢于打破常规、从“整体”看问题的思维,比任何公式都更珍贵。
因此,希望正在在看这篇文章的你也可以像黎曼一样,学习他的“不接受理所应当”,创造与创新往往诞生于此。
今天,我们享受着导航的精准、加密的安全、黑洞照片的震撼,其实这些都受益于这位 19 世纪数学家的“奇思妙想”。或许,这就是科学最动人的地方:一个人的思考,能穿越百年,成为全人类理解世界的“钥匙”。
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