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

Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Thống nhất các nội dung chuẩn bị Đại hội IX Liên hiệp Hội Việt Nam
Sáng 12-8, tại Hà Nội, Đoàn Chủ tịch và Hội đồng Trung ương Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức Hội nghị Đoàn Chủ tịch lần thứ 19 và Hội nghị Hội đồng Trung ương lần thứ 13 khóa VIII dưới hình thức trực tiếp và trực tuyến, nhằm tập trung rà soát, thống nhất các nội dung chuẩn bị Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp Hội Việt Nam lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031
Quảng Trị: Tập huấn cập nhật kiến thức chăm sóc người bệnh
Ngày 11/8, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (Liên hiệp Hội) tỉnh phối hợp với Hội Y học tỉnh tổ chức tập huấn “Cập nhật kiến thức, nâng cao kỹ năng chăm sóc người bệnh”, nhằm cập nhật kiến thức chuyên môn và y khoa mới, nâng cao kỹ năng chăm sóc người bệnh cho đội ngũ điều dưỡng.
Đại hội lần thứ nhất Liên hiệp Hội Việt Nam – Dấu mốc khai sinh mái nhà chung của trí thức khoa học và công nghệ
Ngày 26/3/1983, tại Thủ đô Hà Nội, Đại hội thành lập Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam được tổ chức. Từ dấu mốc lịch sử ấy, một tổ chức chung của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ Việt Nam chính thức hình thành, mở ra hành trình tập hợp, đoàn kết và phát huy trí tuệ của các nhà khoa học vì sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước.
Góp ý kiến Luật Nhà ở (sửa đổi)
Tại hội thảo, nhiều nhà khoa học cho rằng với xu hướng quản trị đô thị hiện nay, dự thảo Luật Nhà ở có thể cân nhắc bổ sung một điều về "Hệ thống dữ liệu nhà ở quốc gia". Đây sẽ là cơ sở để quản lý vòng đời nhà ở, cảnh báo sớm nguy cơ xuống cấp và hỗ trợ hoạch định chính sách.
Tạo động lực phát triển, đưa ngành công nghệ sinh học Việt Nam lên tầm cao mới
Hội nghị Khoa học toàn quốc về Công nghệ sinh học 2026, diễn ra trong hai ngày 7 và 8/8 tại Đại học Đông Á, Đà Nẵng, không chỉ là sự kiện học thuật mà còn là một dấu mốc chiến lược, điểm hội tụ trí tuệ nhằm định hình lại quỹ đạo phát triển của ngành công nghệ sinh học Việt Nam...