Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 28/04/2008 23:46 (GMT+7)

Những bông tuyết và phép chứng minh

1. Vấn đề lâu đời nhất trong hình học rời rạc

Nhà thiên căn học vĩ đại Johannes Kepler đã viết một cuốn sách nhỏ năm 1611 tên là “Bông tuyết sáu góc”. Làm thế nào để giải thích tại sao bông tuyết lại có sáu góc? Ông đã viết lại rằng đó là vì bông tuyết được tạo bởi những khối tròn và sự sắp xếp của những khối này cho ta hình dạng của bông tuyết. Ý tưởng đơn giản này đã lóe sáng trong hai thế kỷ nghiên cứu về lĩnh vực tinh thể học.

Kepler đã mô tả vấn đề tương tự khi xếp kín các viên đạn và nói rằng đo là sự xếp kín tốt nhất theo nghĩa; Không có sự sắp xếp nào khác của các hình cầu đồng dạng mà có thể lấp đầy khoảng không gian lớn hơn cách sắp xếp này. Điều này được biết như là giả thuyết Kepler. Đó là một vấn đề lâu đời nhất trong thình học rời rạc và trải qua nhiều thế kỉ mà không có lời giải.

Tại sao một vấn đề dễ đặt ra như vậy mà khó giải đáp đến thế? Một nhà báo ở Plymouth, New Zealandđã đem câu hỏi này ra một khu chợ. Những người bán rau quả ở đó không hề ngạc nhiên với câu hỏi. “Bố tôi đã chỉ cho tôi làm thế nào để xếp các quả cam khi tôi mới bốn tuổi”, một người bán rau quả tên là Allen nói. Sau khi nghe kể lại rằng các nhà toán học phải mất bốn thế kỉ để tấn công vấn đề này và được hỏi anh thấy khó khăn như thế nào khi tìm cách xếp tốt nhất Allen đã thản nhiên trả lời: “Bạn chỉ việc đặt một quả lên trên đỉnh của những quả khác. Việc này chỉ mất khoảng 2 giây mà thôi”.

Sau mười năm nghiên cứu, một nghiên cứu sinh và tôi đã đưa ra chứng minh cho giả thuyết Kepler vào năm 1998. Chứng minh này dài ba trăm trang giấy. Nó dựa trên một khối lượng tính toán khổng lồ trên máy vi tính và phải mất nhiều tháng trời mới chạy xong.

2. Kiểm tra chứng minh

Trước khi bài báo được công bố một nhóm gồm mười hai nhà phản biện đã phải kiểm tra xem tôi có sai sót chỗ nào không. Sau nhiều tháng, họ vẫn không kiểm tra xong chứng minh, nhưng họ chắc đến 99% rằng chứng minh đúng. Tuy nhiên, họ quá mệt mỏi để tiếp tục công việc. Chứng minh cuối cùng đã được công bố sau tám năm mặc dù nó vẫn chưa được kiểm tra hoàn toàn đầy đủ.

Trong khi chờ đợi từ năm này qua năm khác, tôi bắt đầu nhận thấy rằng các nhà toán học đã mất bao nhiêu năm quý giá để kiểm tra các phép chứng minh. Tôi băn khoăn rằng chúng ta có nên thỏa mãn với các chứng minh được kiểm tra 99% hay không. Vậy phải chăng toán học luôn có nghĩa là phải chắc chắn hoàn toàn?

3. Chứng minh hình thức

Những năm tháng chờ đợi này đã làm tôi thay đổi hoàn toàn. Khi nghiên cứu việc kiểm tra chứng minh, tôi nhận thấy rằng các nhà logic học và các nhà khoa học máy tính đã phát triển các công cụ tự động để kiểm tra chứng minh. Những công cụ này là câu trả lời cho những mong mỏi của tôi. Một chứng minh được kiểm tra bằng máy tính theo cách này được gọi là chứng minh hình thức. Đối với những kết quả dài và phức tạp, một chức minh hình thức là đáng tin cậy trong khi những chứng minh thông thường thì không.

Để thực hiện một chứng minh hình thức, tất cả các tiền đề cơ sở của toán học được đưa vào trong máy tính. Tất cả các quy tắc logic cơ bản được lập trình trên máy tính. Sau đó máy tính sẽ xem xét từng bước logic để kiểm tra xem có sai sót nào không.

Ngày nay, những chứng minh cực kì phức tạp đều có thể được kiểm tra hình thức. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh hình thức các định lý lớn như Định lý bốn màu. Định lý số nguyên tố, Định lý đường cong Jordan .

Tôi đã bắt đầu một dự án là Flyspeck để xây dựng một chứng minh hình thức cho giả thuyết Kepler. Từ Flyspeck của tôi sẽ lập trình cho máy tính để kiểm tra chứng minh mà nhóm mười hai người phản biện đã phải đầu hàng. Tôi mong rằng dự án này sẽ hoàn toàn trong vài năm. Hi vọng rằng dự án này sẽ làm thay đổi phương pháp kiểm tra các công trình trong tương lai.

4. Tại sao 99% lại không đủ tốt?

Nền kinh tế thế giới dựa trên sự chặt chẽ của toán học. Chúng ta tin vào vận tải hàng không và thương mại điện tử nhờ vào các chứng minh của các thuộc tính của chúng. Máy tính ngày càng xây dựng các chứng minh mà không cần sự trợ giúp của con người. Những sai sót về mặt toán học ngày càng có nguy cơ tiềm tàng cho nền kinh tế thế giới. Ví dụ như, cách đây một thập kỉ, một nhà toán học đã phát hiện ra rằng bộ vi xử lý Pentium của Intel chia số không chính xác. Lỗi chia này trong bộ vi xử lý đã làm Intel tiêu tốn mất 500 triệu đô la. Lỗi chia tiếp theo sẽ còn làm tiêu tốn nhiều hơn. Trong một bài báo gần đây, Shamir (chữ cái S trong thuật toán bảo mật RSA) cảnh báo về một sự cố mang tính giả thuyết về một lỗi toán học trong một bộ vi xử lí máy tính được sử dụng rộng rãi đặt việc bảo mật hệ thống thương mại điện tử toàn cầu vào tình thế mạo hiểm... Nếu một tổ chức phát hiện ra một lỗi toán học trong một bộ vi xử lí được sử dụng rộng rãi, thì phần mềm bảo mật của máy tính với bộ vi xử lí này sẽ bị phá hủy dễ dàng... Hàng triệu máy tính có thể bị tấn công đồng loạt.

Không có gì ngạc nhiên khi các công ti lớn trên thế giới ngày càng quan tâm đến các chứng minh hình thức. Geoges Gonthier, người xây dựng chứng minh hình thức của Định lí bốn màu đang làm việc tại Microsoft. John Harrison, người tạo ra phần mềm kiểm tra chứng minh mà tôi sử dụng đang làm việc tại Intel.

5. QED Manifesto

QED Manifesto khẳng định rằng tất cả các bài toán quan trọng nên được chuyển từ giấy sang máy tính. Để đảm bảo tính nguyên vẹn của tập hợp toán học này, tất cả các chứng minh phải chịu được lưu trữ như là các chứng minh hình thức. Đây là một dự án tham vọng và đòi hỏi sự hợp tác của các nhà toán học, các nhà logic học và các nhà khoa học máy tính trên tòan thế giới.

Dự án QED thực hiện cho toán học những gì mà dự án Flyspeck thực hiện cho chứng minh của giả thuyết Kepler. Dự án Flyspeck đại diện cho một phần nhỏ của dự án tổng thể QED.

6. Kết luận

Tôi mong muốn tổ chức một nhóm chứng minh định lí hình thức ở Việt Nam , hoàn thành dự án Flyspeck và để tiến tới dự án tổng thể QED. Tôi mong muốn tạo lập một mối liên kết lâu dài với cộng đồng toán học Việt Nam . Tôi xin mời các sinh viên và các nhà nghiên cứu tham gia vào dự án này.

Nguồn: Toán học & Tuổi trẻ,số 1 - 2008, tr 27

Xem Thêm

Văn hóa đọc là giá trị nền tảng góp phần phát triển con người và xã hội trong kỷ nguyên mới
Trong thời đại của cách mạng công nghiệp 4.0 và toàn cầu hóa, để đất nước vươn mình sánh vai cùng các cường quốc năm châu, không thể thiếu ánh sáng của tri thức, mà trong đó sách đóng vai trò trung tâm. Sách và Văn hoá đọc chính là nền tảng để xây dựng một xã hội học tập, sáng tạo và phát triển bền vững.
Giải pháp nào để phát triển các mô hình NN, thủy sản hiệu quả cao theo hướng an toàn, bền vững tại các tỉnh ĐBSCL?
Đó là những nội dung được các đại biểu đưa ra tại hội thảo khoa học “Giải pháp phát triển các mô hình nông nghiệp, thủy sản hiệu quả cao theo hướng an toàn, bền vững tại các tỉnh ĐBSCL” do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (LHHVN) phối hợp với LHH tinh Kiên Giang và Viện Nghiên cứu ứng dụng và chuyển giao công nghệ (Viện IHT) tổ chức ngày 12/4 tại TP Rạch Giá.
Sơn La: Tìm giải pháp quản lý, bảo vệ và sử dụng nguồn nước
Ngày 2/4, Liên hiệp hội tỉnh phối hợp cùng Sở Nông nghiệp và Môi trường tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp quản lý, bảo vệ và sử dụng nguồn nước". Sự kiện thu hút sự tham gia của hơn 40 đại biểu đến từ các sở, ban, ngành, doanh nghiệp, trường đại học, cao đẳng và cơ quan truyền thông địa phương.
Huế: Hội nghị về Nội tiết và Đái tháo đường năm 2025
Ngày 29/3, Hội Nội tiết và Đái tháo đường thành phố Huế phối hợp với Hội Nội tiết và Đái tháo đường Việt Nam đã tổ chức hội nghị khoa học Cố đô mở rộng lần thứ 8 về bệnh nội tiết, đái tháo đường, rối loạn chuyển hóa năm 2025.

Tin mới

Thúc đẩy hoạt động đăng bạ kỹ sư chuyên nghiệp ASEAN tại Việt Nam
Sáng ngày 29/4/2025, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Hải Phòng tổ chức Hội thảo khoa học với chủ đề “Thúc đẩy công tác đăng bạ kỹ sư chuyên nghiệp tại Việt Nam”. Hội thảo do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam và TS. Bùi Thanh Tùng, Chủ tịch Liên hiệp Hội thành phố Hải Phòng đồng chủ trì.
Hà Giang: Góp ý dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung 06 Luật
Ngày 29/4, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Hà Giang (Liên hiệp hội) đã tổ chức hội thảo tư vấn, phản biện (TVPB), góp ý đối với dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Bộ luật Tố tụng dân sự, Luật Tố tụng hành chính, Luật Tư pháp người chưa thành niên, Luật Phá sản, Luật Hòa giải, đối thoại tại Tòa án và Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Quy hoạch.
Phát huy sức mạnh trí tuệ và tâm huyết của trí thức KHCN trong thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị
Nhằm triển khai hiệu quả Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam - LHHVN) xác định phát huy trí tuệ, trách nhiệm và tâm huyết của đội ngũ trí thức là nhiệm vụ trung tâm, tạo động lực để khoa học công nghệ và chuyển đổi số trở thành lực lượng sản xuất chủ đạo thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội.
An Giang: 30 trí thức KH&CN tiêu biểu được tôn vinh 2025
Chiều ngày 28/4, tại trụ sở Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh An Giang, Hội đồng xét chọn trí thức Khoa học và Công nghệ (KH&CN) tiêu biểu tỉnh năm 2025 đã tổ chức phiên họp chính thức. Đây là lần thứ hai An Giang triển khai hoạt động xét chọn và tôn vinh trí thức KH&CN tiêu biểu.
Quảng Ngãi: Cuộc thi Sáng tạo Robot Quảng Ngãi lần thứ III đã tìm ra nhà vô địch
Sau 2 ngày tranh tài sôi nổi, chiều ngày 27/5, tại Nhà thi đấu IEC Quảng Ngãi, Ban tổ chức Cuộc thi Sáng tạo Robot Quảng Ngãi lần thứ III, năm 2025 đã tổ chức bế mạc, trao 16 giải thưởng cho các đội đoạt giải. Đội CFF đến từ trường THPT Lê Trung Đình đã xuất sắc giành giải Nhất chung cuộc.
Khởi động Chương trình Biểu dương TOP Công nghiệp 4.0 năm 2025
Chương trình Biểu dương TOP Công nghiệp 4.0 nhằm thúc đẩy các doanh nghiệp ứng dụng, chuyển giao, nghiên cứu và phát triển sản xuất các sản phẩm, nền tảng, giải pháp dựa trên công nghệ số để thúc đẩy đổi mới sáng tạo, hiện thực hóa các cơ hội, tiềm năng mà chuyển đổi số mang lại khi đưa được công nghệ số vào mọi lĩnh vực đời sống xã hội, đến từng người dân.
Khai mạc Cuộc thi Sáng tạo Robot Quảng Ngãi lần thứ III
Ngày 26/4, tại Quảng Ngãi, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Quảng Ngãi phối hợp với Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Quảng Ngãi và Tỉnh đoàn tỉnh Quảng Ngãi tổ chức khai mạc và vòng loại Cuộc thi Sáng tạo Robot Quảng Ngãi lần thứ III, năm 2025.
Văn hóa đọc là giá trị nền tảng góp phần phát triển con người và xã hội trong kỷ nguyên mới
Trong thời đại của cách mạng công nghiệp 4.0 và toàn cầu hóa, để đất nước vươn mình sánh vai cùng các cường quốc năm châu, không thể thiếu ánh sáng của tri thức, mà trong đó sách đóng vai trò trung tâm. Sách và Văn hoá đọc chính là nền tảng để xây dựng một xã hội học tập, sáng tạo và phát triển bền vững.