Les problèmes les plus difficiles en théorie des nombres ou de conjecture :
La conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer
Dans quels cas une équation a-t-elle des solutions ? Comment les trouver ? Cette conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer, née dans les années 60 grâce à 2 mathématiciens brittaniques, provient de mathématiques très élaborées, mais on peut en trouver un parallèle.
A l'époque de la Grèce Antique, les savants se posaient la question suivante : étant donné un entier positif d, existe-t-il un triangle rectangle dont les côtés soient des nombres rationnels (qui s'expriment sous la forme d'une fraction), et dont l'aire vaille d ? Pour d=6, oui ; pour d=5, non. On peut par la suite montrer que la réponse est positive si l'équation admet des solutions rationnelles pour x et y différents de 0. Voilà pour le problème des Grecs.
Celui de Birch et Swinnerton-Dyer est similaire : il s'agit de trouver et compter les points rationnels sur des courbes elliptiques particulières. Des quoi ? Des courbes elliptiques, encore des objets mathématiques fondamentaux pour les mathématiciens, s'appellent ainsi car on les rencontre lorsqu'on calcule des longueurs d'arc sur des ellipses.
Le dénombrement de l'infini
"Pour un mathématicien, la compréhension de cette conjecture demande des semaines de travail"
Si le problème de Birch et Swinnerton-Dyer consiste à trouver des points, où est la difficulté ? Eh bien, le problème, c'est qu'on s'intéresse à des ensembles infinis. Et pour dénombrer des ensembles infinis, cela implique de s'intéresser à l'arithmétique modulaire (celle qui nous sert à compter les minutes "modulo 60" et les heures "modulo 24") et d'aborder des formules complexes.
D'ailleurs, aller plus loin est difficile : pour un mathématicien averti de plus de 30 ans d'expérience, la compréhension de cette conjecture nécessite plusieurs semaines de travail !
» Citons tout de même l'énoncé de cette conjecture : Considérons une courbe elliptique sur Q. La conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer prédit que l'ordre d'annulation de la fonction L de cette courbe elliptique en s=1 est égal au rang de cette même courbe. Elle prédit même la valeur du premier terme non-nul dans le développement limité en s=1 de cette fonction L.
» Pour le moment, la conjecture de Birch et Swinnerton-Dyer a été démontrée seulement dans des cas particuliers. Les enjeux ne concernent pas d'autres domaines que les maths : la démonstration de cette conjecture permettrait, entre autres, une meilleure connaissance des nombres entiers. Mais on peut tout à fait imaginer des applications inédites qui en découleraient.
Conjecture de Hodge
Ce n'est pas forcément le défi le plus difficile à résoudre, mais certainement le plus ardu à comprendre tant il demande des connaissances avancées en mathématiques. La conjecture de Hodge a été proposée en 1950 par un Britannique, Sir Hodge.
Son degré d'abstraction est élevé : il est question de calcul différentiel appliqué sous une forme générale, et non pas aux nombres ni réels ni complexes. Tentons tout de même de nous approcher du sujet.
La géométrie sans ses figures
Au XVIIe, Descartes montre comment exprimer la géométrie à l'aide de l'algèbre. On peut définir une droite ou un cercle par une équation. Au XIXe, les chercheurs s'aventurent plus loin : ils définissent des objets géométriques, appelés variétés algébriques, à partir de l'algèbre. On ne peut pas forcément les visualiser mais il n'empêche : c'est de la géométrie sans figures.
On peut faire pire : grâce au calcul différentiel, on peut définir des objets H, qui non seulement ne peuvent pas être visualisés, mais en plus, ne peuvent pas être décrits par algébriquement (mais qui sont obtenus de manière algébrique à partir d'autres objets).
» L'énoncé : toute forme différentielle harmonique (d'un certain type) sur une variété algébrique projective non singulière est une combinaison rationnelle de classes de cohomologie de cycles algébriques.
» La conjecture de Hodge établirait un lien entre 3 disciplines : la topologie, la géométrie algébrique et l'analyse. On connaît un cas particulier, démontré en 1925 par un Américain. Mais rien depuis. Aujourd'hui, on peut même avouer qu'on n'a même pas de pistes sérieuses.
Le Clay Institute :
Si vous souhaitez en savoir plus sur ces défis, leur avancement et le prix Clay, rendez-vous qur le site du Clay Institute (en anglais).
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[ Ce message a été modifié par : : Dokuan le 14-12-2007 12:52 ]