Người giải thành công Bài Toán Fermat (FLT): Andrew Wiles
[JUSTIFY]Andrew Wiles đã cốnghiến phần lớn sự nghiệp của ông cho việc chứng minh định lý Fermat cuốicùng (Fermat's Last Theorem - viết tắt là FLT), bài toán nổi tiếng nhấtthế giới. Vào năm 1993, ông đã trở nên nổi tiếng khi công bố một cáchchứng minh bài toán, nhưng câu chuyện chưa chấm dứt ở đó; một lỗi saitrong tính toán đã làm lung lay công trình cả đời của ông. Andrew Wilesđã nói chuyện với NOVA và kể lại cách ông đã xử lý chỗ sai lầm, và cuốicùng tiến tới để đạt được hoài bão của đời ông như thế nào.[/JUSTIFY]
NOVA:Nhiều khám phá khoa học vĩ đại là kết quả của sự ám ảnh, nhưng trongtrường hợp của ông, nỗi ám ảnh đó đã bám lấy ông từ lúc ông còn là mộtđứa bé.
ANDREW WILES: Tôi lớn lên ở Cambridge, Anh quốc,và tình yêu toán học của tôi đã chớm từ những ngày đầu của thời thơ ấu.Tôi yêu thích giải toán ở trường. Tôi thường đem bài về nhà và tự nghĩra những đề bài mới. Nhưng bài toán hay nhất mà tôi đã từng tìm thấy,tôi tìm thấy trong thư viện công cộng trong vùng. Tôi lúc đó chỉ đangxem lướt qua khu vực để các sách toán và tôi tìm thấy một cuốn sáchnày, toàn bộ nói về một bài toán mà thôi -- Định lý Fermat cuối cùng.Các nhà toán học đã không giải được bài toán này trong 300 năm. Nhìnqua, nó rất đơn giản, vậy mà tất cả các nhà toán học vĩ đại trong lịchsử đã không thể giải được. Đó là một bài toán, mà tôi, một đứa bé 10tuổi, đã có thể hiểu và tôi đã biết ngay lúc đó rằng tôi không bao giờbỏ qua được. Tôi phải giải nó.
NOVA: Fermat là ai và định lý cuối cùng của ông ta là gì?
AW:Fermat là một nhà toán học ở thế kỷ 17, người đã viết ghi chú bên lềcuốn sách của ông đưa ra một mệnh đề cụ thể và khẳng định rằng đã chứngminh được. Mệnh đề của ông nói về một phương trình liên quan rất gầnvới phương trình Pythagoras. Phương trình Pythagoras cho ta:
Bạn có thể hỏi, những nghiệm số nguyên của phương trình này là gì, và bạn có thể thấy rằng:
và
Và nếu bạn tiếp tục tìm kiếm thì bạn sẽ tìm thấy rất nhiều nghiệm như vậy. Fermat khi đó xét dạng bậc ba của phương trình này:
Ông đặt câu hỏi: có thể tìm được nghiệm (nguyên) cho phương trình bậc ba này hay không? Ông khẳng định là không. Thực ra, ông khẳng định điều đó cho họ phương trình tổng quát:
, trong đó n lớn hơn 2
không thể tìm được nghiệm (nguyên) nào. Đó là Định lý Fermat cuối cùng.
NOVA: Vậy là Fermat nói vì ông ta không thể tìm ra nghiệm, nên phương trình này không có nghiệm nào cả?
AW: Ông ta đã làm hơn thế. Chỉ vì chúng ta không thể tìm ra lời giải không có nghĩa là (thật sự)không có lời giải. Các nhà toán học không bằng lòng bởi vì dù họ đãbiết rằng không có nghiệm cho tới 4 triệu hay 4 tỷ, họ thật sự muốnbiết rằng không có nghiệm cho tới vô cùng. Và để làm như vậy ta cần mộtchứng minh. Fermat nói ông có một cách chứng minh. Không may, tất cảnhững gì ông viết chỉ là "Tôi có một cách trình bày thật sự
tuyệt diệu cho mệnh đề này mà lề giấy quá hẹp không đủ chỗ ghi lại."
NOVA: Ông nói một chứng minh có ý nghĩa là gì?
AW:Trong một chứng minh toán học, bạn có một sắp xếp lý lẽ bao gồm nhiều,rất nhiều bước, mà chúng hầu như là hiển nhiên. Nếu cách chứng minh taviết ra thật sự chặt chẽ, thì không ai có thể chứng minh là sai. Cónhững chứng minh ra đời từ thời Hy lạp (cổ đại) vẫn còn đúng cho tới ngày nay.
NOVA: Vậy thì sự thách thức là khám phá lại chứng minh FLT của Fermat. Tại sao nó lại trở nên nổi tiếng tới như vậy?
AW: À,có những bài toán nhìn thì đơn giản, và bạn cố gắng giải trong một nămhay cỡ đó, và rồi bạn cố gắng giải trong 100 năm, và rồi thấy ra rằngchúng cực kỳ khó giải. Chẳng có lý do nào để những bài toán đó khôngthể dễ dàng, và rồi chúng trở nên cực kỳ rắc rối. FLT là thí dụ đẹpnhất về điều đó.
NOVA: Nhưng việc tìm ra một chứng minhchẳng có ứng dụng gì trong thế giới thực cả; nó là một câu hỏi lýthuyết đơn thuần. Vậy thì tại sao người ta phải bỏ quá nhiều công sứcvào việc tìm ra một chứng minh?
AW: Các nhà toán họcthuần tuý chỉ vì yêu thích việc cố gắng giải những bài toán chưa giảiđược -- họ ưa một sự thách thức. Và với thời gian trôi qua và không mộtchứng minh được tìm thấy, nó trở thành một thách thức thật sự. Tôi từngđọc những lá thư vào đầu thế kỷ 19 viết rằng thật ngượng cho các nhàtoán học vì FLT chưa giải được. Và tất nhiên, nó rất đặc biệt vì Fermatnói là ông ta đã có cách chứng minh rồi.
NOVA: Ông đã bắng đầu tìm kiếm cách chứng minh như thế nào?
AW:Trong thời niên thiếu, tôi cố gắng giải quyết bài toán theo cách mà tôinghĩ Fermat có lẽ đã làm. Tôi ước đoán là ông ta không biết quá nhiềutoán hơn cậu thiếu niên là tôi. Sau đó tôi vào đại học, tôi nhận rarằng có nhiều người đã nghĩ về bài toán trong suốt thế kỷ 18 và 19 vàvì vậy tôi học các phương pháp đó. Nhưng tôi vẫn chẳng đi tới đâu cả.Rồi khi tôi trở thành nhà nghiên cứu, tôi quyết định là tôi nên gác bàitoán đó qua một bên. Không phải là tôi quên nó -- bài toán vẫn luôn cònđó -- nhưng tôi nhận ra là những kỹ thuật sẵn có để giải quyết bài toánđã có từ trong vòng 130 năm nay. Không có vẻ gì là những kỹ thuật đótiếp cận được cốt lõi của bài toán. Vấn đề khi giải FLT là ở chỗ bạn cóthể tốn nhiều năm trời không đi tới đâu. Giải bất cứ bài toán nào cũngtốt, miễn là nó sinh ra những vấn đề toán lý thú kèm theo -- cho dù bạnkhông giải được nội trong ngày đi nữa. Một bài toán được đánh giá làhay dựa trên các vấn đề toán sinh ra hơn là dựa trên bản thân bài toán.
NOVA:Có vẻ như FLT đã được coi là không thể giải được, và các nhà toán họckhông thể mạo hiểm hao phí để rồi không đi tới đâu. Nhưng rồi vào năm1986 mọi thứ đã thay đổi. Một bước đột phá bởi Ken Ribet ở Universityof California at Berkeley đã liên kết FLT với một bài toán chưa giảiđược khác, đó là giả thuyết Taniyama-Shimura (Taniyama-Shimura conjecture). Ông có nhớ đã phản ứng thế nào trước tin này không?
AW: Đó là một buổi tối cuối mùa hè 1986 khi tôi đang nhấm nháp trà đá (iced tea)ở nhà một người bạn. Trong khi nói chuyện, một cách không chủ ý, ngườibạn cho tôi hay là Ken Ribet đã chứng minh mối liên hệ giữaTaniyama-Shimura và FLT. Tôi sửng sốt. Ngay lúc đó tôi biết rằng hànhtrình của đời tôi đã chuyển hướng bởi vì điều đó có nghĩa là để chứngminh FLT, tôi chỉ cần chứng minh giả thuyết Taniyama-Shimura. Điều đócó nghĩa là giấc mơ thời thơ ấu của tôi nay đã là thứ đáng để lao vào.Tôi chỉ biết rằng tôi không thể để điều đó trôi qua.
NOVA:Vậy là, bởi vì Taniyama-Shimura là một bài toán hiện đại, điều này cónghĩa là giải nó, cũng có nghĩa là cố gắng chứng minh FLT, là việc đánglàm.
AW: Đúng vậy. Chưa ai có đường hướng để tiếp cậnTaniyama-Shimura nhưng ít nhất nó cũng thuộc toán học dòng chính. Tôicó thể thử và chứng minh các kết quả, mà, cho dù chúng không giải quyếtđược toàn bộ, cũng có giá trị toán học. Vậy là sự lãng mạn của FLT,điều đeo đẳng cả đời tôi, nay đã kết hợp với một bài toán được chấpnhận một cách chuyên nghiệp.
NOVA: Tại thời điểm đó ông đãquyết định làm việc biệt lập hoàn toàn. Ông đã không nói với bất cứ ailà ông đang tiến hành tìm chứng minh FLT. Tại sao vậy?
AW:Tôi nhận ra rằng bất cứ điều gì liên quan tới FLT tạo ra quá nhiều sựchú ý. Bạn không thể thật sự chuyên tâm hàng năm trời trừ khi bạn có sựtập trung trọn vẹn, quá nhiều khán giả sẽ phá hủy điều đó.
NOVA: Nhưng chừng như ông đã nói cho vợ ông biết ông đang làm gì?
AW:Vợ tôi chỉ quen tôi khi tôi đã đang giải FLT. Tôi nói cho nàng haytrong tuần trăng mật, chỉ vài ngày sau hôn lễ. Vợ tôi đã từng nghe nóitới FLT, nhưng vào lúc đó nàng không biết gì về ý nghĩa lãng mạn củaFLT đối với các nhà toán học, rằng nó đã là cái gai trong da thịt chúngtôi nhiều năm đến thế.
NOVA: Hàng ngày, ông đã xây dựng cách chứng minh của ông như thế nào?
AW:Tôi thường đến với nghiên cứu của tôi, và bắt đầu cố gắng tìm kiếm cácquy luật. Tôi thử làm các tính toán giải thích một vài khía cạnh toánhọc nhỏ. Tôi cố thử ép bài toán vào những hiểu biết trừu tượng rộng hơnsẵn có trong vài phần của toán học có thể làm cho bài toán đang làm rõràng sáng sủa hơn. Đôi khi phải đi tìm trong sách coi thử người ta đãlàm như thế nào. Đôi khi là câu hỏi để sửa đổi các thứ đi một chút, làmthêm vài phép toán. Và có lúc tôi nhận ra rằng không có điều gì đã làmtrước đây có chút ích lợi nào cả. Vậy rồi tôi phải tìm cái gì hoàn toànmới; những cái đó tới từ đâu quả là điều bí ẩn. Tôi đem bài toán theotrong đầu hầu như luôn luôn. Tôi có thể nghĩ tới nó đầu tiên khi thứcdậy buổi sáng, tôi có thể nghĩ về nó suốt ngày, và tôi có thể đang nghĩvề nó khi đi ngủ. Nếu không bị phân tâm, cùng một thứ có thể xoay tớixoay lui trong trí của tôi. Cách duy nhất để thư giãn là khi tôi cùngvới các con. Bọn trẻ đơn giản là chẳng hề quan tâm tới Fermat. Chúngchỉ muốn nghe kể chuyện và sẽ chẳng để bạn làm gì khác.
NOVA: Thường thường người ta làm việc theo nhóm và được hỗ trợ bởi những người trong nhóm. Ông đã làm gì khi bị bế tắc?
AW:Khi tôi bị kẹt và không biết phải làm gì tiếp theo, tôi sẽ ra ngoài đidạo. Tôi thường đi dạo xuống gần hồ. Dạo chơi có một tác dụng rất tốtgiúp bạn ở trạng thái thư giãn, nhưng cùng lúc đó cho phép tiềm thứchoạt động. Và thường thường nếu bạn có cái gì đó loé lên trong đầu thìlại không có cái gì để viết hay bàn viết. Tôi luôn có sẵn viết chì vàgiấy và, nếu tôi thật sự có một ý tưởng, tôi sẽ ngồi xuống một băng ghếvà viết vội ra.
NOVA: Vậy là trong 7 năm trời ông đã theo đuổi chứng minh này. Chắc là có những khi thoái chí xen lẫn với những lúc thành công.
AW:Có lẽ tôi có thể mô tả tốt nhất kinh nghiệm nghiên cứu toán học của tôitheo hình ảnh của một chuyến hành trình qua một lâu đài tối tăm chưađược thám hiểm. Bạn bước vào căn phòng đầu tiên của tòa nhà và nó tốimịt mùng. Bạn dò dẫm xung quanh vấp đụng vào bàn ghế, nhưng dần dần bạnbiết đuợc từng món tủ giường bàn ghế nằm đâu. Cuối cùng, sau 6 thánghay cỡ đó, bạn tìm ra cái công-tắc đèn, bạn bật lên, và bỗng nhiên mọithứ đều sáng rõ. Bạn có thể thấy chính xác bạn đang ở chỗ nào. Thế rồibạn đi vô căn phòng kế tiếp và mất 6 tháng nữa trong bóng tối. Như vậymỗi một bước đột phá, mặc dù đôi khi chỉ trong thoáng chốc, đôi khi mấtmột hai ngày, chúng là những đỉnh điểm của -- và không thể tồn tại nếukhông có -- thời gian nhiều tháng trời mò mẫm loanh quanh trong bóngtối dẫn tới những đột phá đó.
NOVA: Và trong suốt 7 năm, ông đã không bao giờ có thể chắc chắn việc tìm được một chứng minh trọn vẹn.
AW:Tôi thật sự tin rằng tôi đã đi đúng hướng, nhưng điều đó không có nghĩalà tôi nhất thiết có thể đạt được mục đích. Vẫn có thể là các phươngpháp cần thiết để tiến hành bước tiếp theo đơn giản là ngoài tầm toánhọc hiện thời. Cũng có thể các phương pháp tôi cần để hoàn tất chứngminh vẫn chưa được phát minh trong vòng trăm năm nữa. Như vậy cho dùtôi đi đúng hướng chăng nữa, tôi vẫn có thể sinh lầm thế kỷ.
NOVA: Vậy rồi cuối cùng vào năm 1993, ông đã làm được bước đột phá quyết định.
AW:Phải, đó là một buổi sáng cuối tháng 5. Vợ tôi, Nada, ở ngoài với bọntrẻ và tôi ngồi nơi bàn làm việc suy nghĩ về bước cuối cùng của chứngminh. Tôi lúc đó đang ngó lướt qua bài nghiên cứu của tôi và có một câulàm tôi chú ý. Câu đó nhắc tới một công trình vào thế kỷ 19, và tôibỗng nhiên nhận ra là tôi có thể dùng điều đó để hoàn tất chứng minh.Tôi tiếp tục cho tới chiều và tôi quên đi xuống ăn trưa, và vào khoảng3 hay 4 giờ chiều, tôi đã thật sự tin tưởng là điều đó giải quyết đượcvấn đề còn lại. Lúc đó vào cữ trà chiều và tôi xuống nhà và Nada rấtngạc nhiên vì tôi xuống trễ vậy. Thế rồi tôi nói với nàng là tôi đãgiải được FLT.
NOVA: Báo New York Times kêulên "At Last Shout of 'Eureka!' in Age-Old Math Mystery," nhưng họkhông biết, và ông cũng chưa biết, đã có chỗ sai trong chứng minh củaông. Chỗ sai đó là gì?
AW: Đó là chỗ sai trong một phầnlý luận quan trọng, nhưng nó tinh tế tới nỗi tôi đã hoàn toàn bỏ sótcho tới lúc đó. Lỗi sai rất trừu tượng khó có thể mô tả bằng cách diễnđạt thông thường. Ngay cả việc giải thích nó cho một nhà toán học cũngđòi hỏi người đó phải bỏ ra hai ba tháng nghiên cứu rất kỹ lưỡng phầnđó trong bản thảo.
NOVA: Cuối cùng, sau một năm làm việc,và sau khi mời nhà toán học Richard Taylor ở Cambridge tới cùng làmviệc với ông về chỗ sai, ông đã sửa chữa ổn thoả chứng minh. Mọi ngườimuốn hỏi điều này: chứng minh của ông có giống như chứng minh củaFermat không?
AW: Không có chút khả năng nào. Fermatkhông bao giờ có thể có chứng minh này. Nó dài 150 trang. Nó là mộtchứng minh của thế kỷ 20. Nó không thể được làm thậm chí ở thế kỷ 19,chứ chưa nói là thế kỷ 17. Các kỹ thuật dùng ở đây đơn giản là không hềcó ở thời Fermat.
NOVA: Vậy thì chứng minh nguyên thuỷ của Fermat vẫn còn đâu đó chưa tìm ra.
AW:Tôi không tin Fermat có cách chứng minh. Tôi nghĩ ông tự dối lòng khinghĩ rắng ông có cách chứng minh. Nhưng điều làm cho bài toán này đặcbiệt đối với dân không chuyên là có một khả năng rất nhỏ rằng thật sựcó tồn tại một chứng minh đẹp thời thế kỷ 17.
NOVA: Như vậy một số nhà toán học sẽ tiếp tục tìm kiếm chứng minh nguyên thuỷ. Còn ông sẽ làm gì tiếp theo?
AW:Không có bài toán nào sẽ mang cùng ý nghĩa như vậy đối với tôi nữa.Fermat là niềm đam mê thời thơ ấu của tôi. Không gì thay thế được. Tôisẽ thử các bài toán khác. Tôi chắc rằng một số bài sẽ rất khó và tôi sẽlại có được cảm giác thành tựu, nhưng không gì sẽ có ý nghĩa như thếnữa. Không có bài toán nào khác có thể bám chặt lấy tôi như bài này. Cócảm giác u sầu. Ta đã mất điều gì đó đã ở bên ta quá lâu, và điều gì đóđã cuốn hút nhiều người vào toán học. Nhưng có lẽ điều đó luôn xảy ravới các bài toán, và ta chỉ phải tìm những bài mới để lôi cuốn sự chú ýcủa chúng ta. Người ta nói với tôi rằng tôi đã lấy mất bài toán của họ-- tôi có gì khác để trả lại không? Tôi cảm thấy có trách nhiệm. Tôi hyvọng rằng khi nhìn thấy sự phấn khích của việc giải bài toán này sẽ làmcho các nhà toán học trẻ nhận ra rằng có rất nhiều và rất nhiều nhữngbài khác trong toán học cũng sẽ đầy thách thức trong tương lai.
NOVA: Thách thức chính hiện nay là gì?
AW: Bài toán lớn nhất đối với các nhà toán học hiện nay có lẽ là Giả Thuyết Riemann (Riemann Hypothesis). Nhưng bài toán này không thể trình bày một cách đơn giản.
NOVA: Và giờ đây FLT đã được giải quyết, ông có suy nghĩ gì?
AW:Chắc chắn một điều tôi đã học được là chọn một bài toán dựa trên mức độquan tâm của bạn rất quan trọng. Dù cho nó có vẻ khó xuyên thủng đếnthế nào, nếu bạn không thử làm, thì bạn chẳng bao giờ làm được. Hãyluôn thử làm những bài toán có nhiều ý nghĩa nhất với bạn. Tôi đã cóđặc ân hiếm hoi này để có thể theo đuổi trong đời tôi khi trưởng thành,cái đã là giấc mơ thời thơ ấu. Tôi biết rằng nó là một đặc ân hiếm hoi,nhưng nếu ai đó có thể thật sự đạt được điều gì đó trong cuộc đờitrưởng thành mà có ý nghĩa đến thế, thì nó đáng làm hơn bất cứ điều gìtôi có thể tưởng tượng.
NOVA: Và bây giờ cuộc hành trình đã chấm dứt, chắc là có nỗi buồn nào đó?
AW:Có một cảm giác buồn buồn, nhưng cùng lúc đó có một cảm giác lớn lao vềsự thành tựu. Cũng có cảm giác tự do. Tôi đã bị ám ảnh bởi bài toán nàykhiến tôi phải nghĩ về nó mọi lúc -- sáng khi thức dậy, tối khi đi ngủ-- và điều đó tiếp diễn trong 8 năm trời. Thật là một thời gian dài đểsuy nghĩ về chỉ một thứ. Cuộc phiêu lưu đó giờ đã hết. Tâm trí tôi bâygiờ đuợc nghỉ ngơi.
Source: The Proof, NOVA online
http://www.pbs.org/wgbh/nova/proof/wiles.html
Nguồn: http://www.diendantoanhoc.net