数学史上有那么一类人,主业不是数学,却做出了许多专业数学家一生难以企及的贡献,费尔马就是其中最耀眼的一个。
费尔马,全名皮埃尔·德·费尔马,17世纪法国的法律顾问、图卢兹高等法院的法官,白天,他在案卷和诉状之间审慎裁决;夜里,他在书页边缘和往来书信中尽情驰骋数学王国,他一生没有出版过一部数学专著,却被后世称为“业余数学之王”——其实这个头衔并不准确,因为他的数学深度,决不业余。
费尔马最有名的成就,要从一本古希腊的《算术》说起,1637年前后,他在这本书的页边,写下了一段改变了数学史的话:
将一个立方数分成两个立方数,或将一个四次幂分成两个四次幂,一般不可能把一个高于二次的幂分成两个同次幂,我已经发现了一个真正奇妙的证明,可惜这里的空白太小,写不下。
这个笔记涉及的问题,后来被称为“费尔马大定理”:当整数 n>2 时,方程 xⁿ + yⁿ = zⁿ 没有正整数解,这似乎只是一个轻飘飘的读书批注,可就是这页空白,让全世界最聪明的头脑苦寻了三百多年。
费尔马说他“已经发现”了证明,这句话是真是假?没有人知道,但人类为了寻找这个证明,催生出了无数新的数学工具:欧拉证明了 n=3 的情形;索菲·热尔曼提出了具有里程碑意义的热尔曼定理;库默尔创造了理想理论;再到20世纪,模形式、椭圆曲线和伽罗瓦表示被卷进同一个漩涡,直到1994年,英国数学家安德鲁·怀尔斯才最终补完证明,为这场持续358年的长征画上了句号,费尔马留给世界的那个“空白”,没有辜负后人的执念。
但费尔马大定理,远不是费尔马的全部。
他还提出了“费尔马小定理”:若 p 是素数,而 a 不被 p 整除,则 aᵖ⁻¹ − 1 能被 p 整除,这个定理看似朴素,今天却是公钥密码学的基础,默默守护着我们的网络通信。
他几乎与笛卡尔同时开辟了解析几何,他研究曲线的切线、最大值、最小值,所用方法已经接近后来的微积分,他和帕斯卡通信讨论“赌金分配问题”,一问一答之间,奠定了概率论的雏形,他还在光学中提出“费尔马原理”:光在两点之间传播时,会取所需时间最短的路径,这个思想,成了物理学中“最小作用量原理”的先声。
有意思的是,费尔马的职业身份永远是法官,他没有院士头衔,没有数学教席,他研究数学,仅仅是因为热爱,他在书页边角写下的批注,连正式的论文都算不上;他死后,儿子整理遗物,才让人们看到那座隐藏在日常公务背后的数学宝库。
费尔马用一生证明了一件事:数学并不只属于学院和职称,也属于一个愿意在深夜里握笔凝思的人,那页写不下的空白,成了人类理性史上最迷人的悬念之一。
而费尔马本人,也永远活在“费尔马大定理”这个名称里,像一位无冕之王,安静地端坐在数学的殿堂中。

