谨以此文献给伟大的黎曼和他的伟大的猜想以及所有热爱数学的朋友们:
黎曼猜想是最重要的数学猜想,它是一位名叫黎曼(Bernhard Riemann) 的数学家于1859年提出的。黎曼是一位英年早逝的德国数学家,出生于1826年,去世于1866年,享年还不到40岁。黎曼的一生虽然短暂,却对数学的很多领域都做出了巨大贡献,影响之广甚至波及到了物理。比如以他名字命名的“黎曼几何”不仅是重要的数学分支,而且成为了爱因斯坦(Albert Einstein)创立广义相对论不可或缺的数学工具。
黎曼猜想的内容无法用完全初等的数学来描述。粗略地说,它是针对一个被称为黎曼 ζ 函数的复变量函数(即变量与函数值都可以在复数域中取值的函数)的猜想。黎曼 ζ 函数跟许多其它函数一样,在某些点上的取值为零,那些点被称为黎曼 ζ 函数的零点。在那些零点中,有一部分特别重要的被称为黎曼 ζ 函数的非平凡零点。黎曼猜想所猜测的是那些非平凡零点全都分布在一条被称为“临界线”的特殊直线上。
黎曼猜想的证明是极其艰难的,到目前为止也仅仅是取得了一些阶段性的进展,与其证明历程的层层推进基本平行,数学家们计算零点的漫长征途,也呈现出层层推进的态势。但这推进的过程在起初的一段时间里却显得极为缓慢,直到1925年,才计算出了区区138个零点,而且在那之后就陷入了停顿。计算为什么会陷入停顿呢?原因很简单,那就是当时计算零点的方法比较笨拙,致使计算量过于巨大。而当时的计算又全靠手工,零点数目一多,计算量就大到了令人难以应付的程度。
1932 年,终于有一位数学家从黎曼的手稿中获得了重大发现——发现黎曼不仅亲自计算过若干个零点的数值,而且还有自己独特的遥遥领先于当时数学界的计算方法。这一发现为黎曼 ζ 函数非平凡零点的计算带来了脱胎换骨般的变化,让停滞在第 138 个零点附近的零点计算重新启动。当然,这一发现也进一步提高了黎曼原本就极为崇高的声望,在很大程度上驱散了一些数学家对黎曼论文中那些“证明从略”部分的怀疑。因为它表明黎曼那篇高度简练的论文只是冰山的尖顶,在那下面有着大量扎实的研究。那么,发现这一切的人是谁呢?是黎曼的一位同胞:德国数学家西格尔 (Carl Ludwig Siegel)。为了从天书般的黎曼手稿中“出土”公式,西格尔付出了艰辛的努力。为了表彰他的努力,人们将这一计算黎曼 ζ 函数非平凡零点的新方法称为了黎曼-西格尔公式。
到2004年末时,德国研究者魏德涅夫斯基创立的分布式计算系统通过黎曼-西格尔公式计算出的零点总数逼近了一个激动人心的数目:一万亿。眼看着一次辉煌庆典已指日可待,不料却从法国传来了一个令人吃惊的消息:两位法国人完成了对十万亿个零点的计算,比他们翘首期待的一万亿高出了整整一个数量级!更令人吃惊的是,这两位法国人完成这一工作所用的计算资源居然只是几台普通的计算机,所花费的时间也只有一年多。此时此刻,这样的一则消息对于魏德涅夫斯基来说无疑是当头一棒,结果庆典变成了谢幕,魏德涅夫斯基在不久之后关闭了整个系统。此情此景,犹如九十多年前英国探险家斯科特 (Robert Falcon Scott) 挺进南极的经历:当他们历经艰辛、即将抵达南极点时,却发现挪威探险家阿蒙森(Roald Amundsen)已经捷足先登(斯科特及同伴后来在黯然返回的途中全部遇难)。。。
两位法国人凭借几台普通计算机一年多的工作,居然超过了全世界上万台联网计算机几年的工作,而且超过了整整一个数量级,这是什么缘故呢?是因为他们采用了一种比黎曼-西格尔公式更高明的计算方法。这一计算方法是出生于波兰的数学家欧德里兹科(Andrew Odlyzko)与合作者肖恩哈格(Arnold Schnhage)于1988年所提出的。
欧德里兹科为什么会研究零点计算的算法呢?这里所牵扯到的就是那段关于黎曼猜想最传奇的往事。当然,表面上的原因是跟所有其它从事零点计算的人一样的,那就是因为他对零点计算很感兴趣。不过,他那兴趣的由来跟其他人有所不同,其他人的兴趣大都来自于对黎曼猜想本身的兴趣,他却是因为听了美国数学家蒙哥马利(Hugh Montgomery)的一个并非直接针对黎曼猜想的研究报告,才从事零点计算,并研究零点计算的算法的。蒙哥马利那个报告所介绍的是一项很独特的研究,即研究黎曼 ζ 函数非平凡零点在临界线上的分布规律。他的研究表明,在适当的假设(其中包括假设黎曼猜想成立)下,可以证明黎曼 ζ 函数的非平凡零点在临界线上的分布呈现出一种相互排斥的趋势(即倾向于彼此远离),这个趋势可以用一个不太复杂的数学公式来描述。