Sur YouTube, au-dessous d’une vidéo qui lui est consacrée, une jeune femme écrit à Harald Helfgott, en criardes lettres majuscules : « Fais-moi un enfant mathématicieeeen ! » Lui se charge de briser ses illusions : « Malheureusement, la génétique ne fonctionne pas ainsi. » « Oh, quel dommage ! » Ces deux-là ne se connaissent pas. Ils n’auront jamais d’enfant mathématicien.
Harald Helfgott, l’une des stars des mathématiques, est fils d’un professeur de géométrie et d’une statisticienne. Il ne voit pas là l’effet de la génétique : aucun de ses deux frères n’est mathématicien. Né en 1977, cet expert en théorie des nombres affirme n’avoir aucun chiffre favori. « Tu ne rencontreras aucun mathématicien, que je sache, qui croie à la numérologie, répond-il très sérieusement à notre question en forme de boutade. C’est de la superstition (ou pseudoscience) fondée sur les coïncidences qui se produisent quand on observe une certaine quantité de nombres et qu’on cherche à les corréler avec une certaine quantité de choses. »
Harald Helfgott a passé six ans de sa vie à observer une quantité infinie de nombres, pour résoudre l’un des grands problèmes de la théorie mathématique. Il ne sait pas si l’avoir fait aura une quelconque utilité pour nos vies. De notre côté, nous nous demandons à quoi ressemblent le quotidien et la personnalité d’un homme qui consacre son existence à de pures abstractions.
Un matin de septembre 2013, dans un amphithéâtre de la Sorbonne, à Paris, où il vivait alors, Harald Helfgott assistait à une conférence sur l’écrivain Julio Ramón Ribeyro (1), dont il avait traduit une nouvelle en espéranto. À un moment, un bruit intense et strident, répété, commença à irriter l’assistance. Un homme d’une trentaine d’années triturait entre ses doigts une bouteille en plastique vide, dans un sens puis dans l’autre. L’un des intervenants se souvient de s’être interrompu et de l’avoir regardé fixement depuis l’estrade pour lui faire comprendre qu’il dérangeait tout le monde, mais le quidam continuait de compresser la bouteille, les yeux perdus dans le vide. Il ne s’arrêta que deux longues minutes plus tard. C’était Helfgott. Mais, alors qu’il semblait si loin de ce qui se passait dans l’amphithéâtre, le mathématicien leva la main au moment des interventions du public, pour poser une question à laquelle aucun des intervenants ne sut répondre.
Quand on lui rappelle cet impair, l’impolitesse de son geste, Helfgott, confus, tente de s’expliquer. C’est un acte inconscient et automatique qu’il répète quand il se concentre profondément sur une idée. Au cinéma, on lui reproche souvent le bruit qu’il fait avec son stylo, dont il n’arrête pas de presser le ressort avec son pouce. Helfgott a l’habitude de s’abstraire de son environnement, et de son entourage, aussi nombreux et important soit-il, comme s’il habitait un monde parallèle, absorbé dans la pensée pure.
À première vue, il correspond tout à fait au stéréotype du binoclard boutonneux et maladroit, obnubilé par les mathématiques : il porte des lunettes en raison de sa myopie et de son astigmatisme, s’habille avec des chemises et des pantalons d’employé de bureau d’un autre âge, a une allure dégingandée et s’adonne à l’origami. Helfgott fait pourtant tout pour contredire le préjugé qui présente les théoriciens des nombres comme des esprits n’ayant qu’un seul centre d’intérêt, repliés sur eux-mêmes et incapables de mener une vie sociale normale. Notamment en cuisinant pour ses amis et en prenant des cours de tango.
Entre 2010 et 2015, il a vécu à Paris, travaillant pour le CNRS, donnant des cours à l’université Pierre-et-Marie-Curie ainsi qu’à Paris-Diderot. Et Helfgott aime cette ville, qui abrite selon lui le plus grand nombre de mathématiciens de haut niveau au monde. Mais il a récemment quitté la capitale française pour l’université de Göttingen après avoir remporté la prestigieuse chaire Alexander von Humboldt, prix par lequel le gouvernement allemand récompense les meilleurs chercheurs de la planète. Il est le plus jeune lauréat de l’histoire, et le premier Latino-Américain. La chaire Humboldt dote le mathématicien de 3,5 millions d’euros pour créer et diriger, pendant cinq ans, une équipe travaillant sur la théorie des groupes et la théorie des nombres. Et le Péruvien compte bien en profiter pour jeter des ponts entre les communautés scientifiques européennes et latino-américaines.
Car Harald Hefgott est surtout un grand cosmopolite. Il parle cinq langues couramment (espagnol, anglais, français, allemand, espéranto), apprend le russe et le grec ancien, dit devoir encore perfectionner son quechua et son polonais. Quand il cuisine, il prépare des plats de divers pays, avec les variations qui s’imposent selon le lieu où il vit, comme des empanadas faites avec de la pâte feuilletée au lieu de la traditionnelle pâte à pain. Et il voyage à travers le monde pour donner des conférences dans le langage universel des mathématiques.
Les maîtres de la discipline cherchent tous à apporter de l’élégance à leurs démonstrations, mais, au quotidien, ce sont d’abord des pragmatiques. Helfgott n’est donc pas obsédé par le style de ses tenues. Il achète des vêtements seulement quand c’est nécessaire, et demande alors volontiers conseil à ses étudiantes. L’une d’entre elles l’a même un jour accompagné pour l’aider à faire son shopping. Le pragmatisme lui est plus naturel que l’élégance. S’il a l’impression d’avoir vu juste dans le choix d’un cadeau pour une connaissance, il refait le même à chaque fois que l’occasion se présente. En revanche, il ne conduit pas : « J’ai peur de tuer des gens », confie-t-il. Il lui suffirait de quelques secondes d’inattention…
Quand il se concentre pour répondre à une question, Helfgott regarde dans le vide, puis ses yeux clignent à toute vitesse, comme s’il était en transe, sur le point de voir la réponse. Et lorsqu’il veut énoncer une phrase complexe, pour expliquer un problème mathématique par exemple, il ferme les yeux. Après quoi il les rouvre, fixe un point sur l’horizon et assène une certitude. Le mathématicien s’abstrait de notre monde jusqu’à ce qu’il ait organisé ses idées dans sa tête.
À la fin des années 1970, le psychologue hongrois Mihály Csíkszentmihályi, spécialiste des questions de créativité, présenta dans son ouvrage intitulé Vivre. La psychologie du bonheur (2) une théorie selon laquelle les individus sont les plus heureux quand ils se trouvent dans un état de « flux », c’est-à-dire de concentration et d’absorption complète dans une activité. Selon Csíkszentmihályi, lorsqu’on se consacre à des occupations sources d’immense plaisir, nous perdons toute notion du temps. Pour Harald Helfgott, la réflexion mathématique provoque un état quasi extatique.
La concentration extrême dont un mathématicien de haut niveau a besoin peut dans certains cas causer sa perte : lorsque Syracuse tomba aux mains des Romains, raconte Plutarque (3), un soldat croisa la route d’Archimède, si concentré sur un problème de géométrie qu’il ne répondit pas à ses ordres. L’homme, vexé, l’aurait alors tué d’un coup d’épée. La plupart du temps néanmoins, cette capacité de concentration est une vertu qui permet aux grands esprits d’aboutir à des solutions sublimes. On dit que Norbert Wiener, le mathématicien américain inventeur de la cybernétique, est entré un jour dans une salle de cours en lisant un texte et a longé les quatre murs de la classe concentré sur sa lecture avant d’en ressortir, sans jamais lever les yeux vers ses étudiants. Quant à Isaac Newton, il oubliait souvent de manger ou de dormir.
Helfgott, lui, prend soin de ne pas se laisser aspirer par sa quête de perfection : au premier signe d’obsession, quand il commence à se ronger les ongles ou à pianoter nerveusement sur la table, il s’oblige à arrêter.
La figure du mathématicien a souvent été décrite sous les traits d’un esprit en lutte constante avec lui-même. Dans Tout et plus encore. Une histoire compacte de l’infini (4), David Foster Wallace le campe en scientifique fou, une sorte de Prométhée moderne qui se sacrifie pour apporter le progrès à l’humanité. Il faut dire que maintenir leur équilibre mental est un défi singulier pour les maîtres de la discipline, comme l’expliquent le mathématicien Reuben Hersh et la psychologue Vera John-Steiner dans Loving and Hating Mathematics (5). Car la recherche de certitudes totalement abstraites peut rapidement mener au désespoir. Newton souffrait de crises de nerfs. Georg Cantor, l’un des pères de la théorie des ensembles, séjournait fréquemment en hôpital psychiatrique. John Nash, expert en théorie des jeux dont la vie fut portée à l’écran par Ron Howard dans Un homme d’exception, a commencé à souffrir de schizophrénie paranoïde à l’âge de 30 ans.
Pourtant, malgré la pression psychique dont ils sont l’objet, les mathématiciens savent aussi revenir à des occupations plus terre-à-terre, où l’humour a souvent sa place. Des représentants de la discipline figurent parmi les scénaristes des Simpson, et plusieurs épisodes multiplient les clins d’œil aux amoureux des nombres. Dans Les mathématiques des Simpson (6), le journaliste scientifique Simon Singh rappelle que l’équipe a compté plus d’une dizaine d’experts en la matière, qui ont renoncé à poursuivre leurs recherches à Yale ou Princeton pour écrire des scénarios sur Homer, Bart et leurs voisins de Springfield. Même chose pour Futurama, l’autre dessin animé pour adultes créé par Matt Groening, ou encore les séries The Big Bang Theory ou Numbers, qui reçoivent les conseils de mathématiciens. La discipline fait également bon ménage avec l’argent. En témoigne la proportion de ses spécialistes parmi les traders du monde entier. Les fameux produits dérivés – que le multimillionnaire Warren Buffett a qualifiés d’« armes de destruction massive » en raison des dommages qu’ils peuvent causer à l’économie mondiale – sont généralement mis au point par des mathématiciens ou des physiciens. Rejoindre Wall Street ou une quelconque institution financière pour créer des formules dont dépendront les investissements de milliers de personnes est la méthode la plus simple pour faire de l’argent avec cette science.
Helfgott, lui, a opté pour la simplicité et l’austérité. Jusque très récemment, il vivait, à 38 ans passés, dans un studio parisien de 23 m2, aux murs recouverts de livres et sans connexion Internet – il y a renoncé, dit-il, car il se divertissait trop facilement en lisant, corrigeant et éditant des articles de Wikipédia. Quand il répond aux questions, le mathématicien évite les réponses définitives, l’adjectif « tout », les adverbes « jamais » ou « toujours ». Il n’apprécie pas le langage à double sens, ni les questions triviales sur son plat favori ou son film préféré par exemple, car il pense que chacune d’elles mériterait plus d’une réponse. Quand on lui parle de sexe, ou de femmes, Harald Helfgott rougit et répond avec pudeur, comme un enfant parlant sous le regard de ses parents. Quand il avoue suivre Games of Thrones, le mathématicien se cache le visage derrière la main et laisse échapper un rire gêné, guttural.
La scène se passe un soir d’automne, en 2013. Helfgott reçoit douze invités pour un dîner dans son appartement parisien. Cet homme qui a dédié sa vie à résoudre des problèmes, à rechercher de nouvelles méthodes d’analyse et à approfondir des questions de mathématiques pures totalement incompréhensibles pour le commun des mortels s’arrache les cheveux, ce soir-là, dans sa cuisine, pour calculer la quantité exacte d’œufs et de farine nécessaire à la confection de ses empanadas de pommes de terre. Dans ce studio réunissant deux chambres de bonne, au sixième étage d’un immeuble haussmannien, il décrit, avec le même sérieux que s’il était devant un auditoire universitaire, comment sera confectionnée la farce. « Celles-ci, nous les emplirons de Lactarius deliciosus », explique-t-il en désignant du doigt un champignon. Helfgott s’est inscrit à des excursions en forêt pour ramasser des champignons ; il a appris leurs noms latins pour distinguer les comestibles des vénéneux. Son regard se porte sur tout avec une extrême minutie, y compris les croissants. Quand un mathématicien regarde cette viennoiserie, il voit un triangle isocèle, un triangle dont deux côtés ainsi que les deux angles de la base sont égaux. Et, comme tout expert, Helfgott sait que la pâte d’un croissant compte 729 couches. « C’est de la culture générale », dit-il, comme si la culture générale consistait à savoir combien de plis compte la peau d’un éléphant. Un boulanger replie la pâte à croissant en trois, six fois de suite. Là, un mathématicien voit une opération que nous ne percevons pas : 3 puissance 6. Soit 729 couches. De même, ce qui, pour chacun de nous, n’est que la simple découpe d’une saucisse devient, aux yeux d’Helfgott, la création d’une ellipse.
Ce soir-là, la préparation commence par ces empanadas. Alisa Sedunova, une étudiante russe dont Helfgott dirige la thèse de doctorat en théorie des nombres, l’assiste, suivant ses instructions culinaires en russe. Pendant qu’il glisse la plaque au four, Jesper Jacobsen sonne à la porte. Le physicien danois est accompagné de ses enfants, un garçon et une fille qui ne doivent pas avoir plus de 8 ans. Leur père commence à converser avec Helfgott dans une langue qui semble aussi incompréhensible que les mathématiques. « Nous parlons en espéranto », précise le mathématicien. Les enfants entrent dans la discussion et tous les quatre rient, en espéranto.
C’est à l’adolescence qu’Harald Helfgott découvrit cette langue créée par le polonais Ludwik Zamenhof à la fin du xixe siècle. Le futur mathématicien se passionna pour l’idée qui avait conduit cet ophtalmologiste à élaborer un langage universel basé sur plusieurs racines étymologiques et idiomatiques. Pour Zamenhof, l’espéranto avait un sens philanthropique et politique : il s’agissait de réunir différentes cultures grâce à une langue démocratique et non hégémonique. Il concrétisa son idée dans un ouvrage signé Doktor Esperanto, le « médecin plein d’espoir ». Plus d’un siècle après, Helfgott, un autre optimiste, parcourut l’Europe, hébergé gracieusement par des familles membres de la communauté internationale des espérantistes. C’est ainsi qu’il rencontra Jacobsen et ses enfants, qui appartiennent à la petite minorité des denaskuloj, les gamins ayant cet idiome artificiel pour langue maternelle.
Les invités arrivent tous ensemble, avec une parfaite ponctualité, et remplissent vite le petit espace. Helfgott déploie une table pliante qui va d’un mur à l’autre et les douze convives prennent place autour. En plus de ses collègues mathématiciens et étudiants, il y a là un physicien, une journaliste spécialisée et son fiancé, acteur. Sept nationalités, échangeant en huit langues dans 23 m2 : anglais, français, espagnol, allemand, russe, polonais, danois et espéranto. L’hôte passe de l’une à l’autre et, de temps en temps, perd le fil de la conversation.
Parmi les invités se trouve Artur Ávila, le mathématicien brésilien qui, quelques mois plus tard, va remporter la médaille Fields pour son travail sur la théorie des systèmes dynamiques. Ce jour-là, on spécule déjà sur le fait qu’Ávila deviendra peut-être le premier Latino-Américain à obtenir la prestigieuse médaille, attribuée tous les quatre ans à des mathématiciens de moins de 40 ans, et la conversation, entre blagues et allusions, roule principalement sur le prix. Helfgott soutient que la médaille est un cadeau empoisonné : la pression devient ensuite telle qu’elle peut rendre le lauréat improductif.
Tout mathématicien est confronté à un grand défi : savoir que répondre aux réfractaires à cette science quand ils lui demandent à quoi elle sert. Un disciple d’Euclide, le père de la géométrie, lui posa un jour la question, il y a plus de deux mille ans. À la fin de la journée, Euclide ordonna à un esclave de laisser une pièce au jeune homme, puisqu’il voulait tirer un bénéfice de tout ce qu’il apprenait. Et il le congédia aussitôt.
Nous n’interrogeons jamais l’utilité de la physique ni de la chimie, car nous pouvons voir et toucher leurs applications tous les jours. Nous ne posons pas la question aux biologistes, car nous percevons bien que leur travail nous instruit sur notre espèce, ni aux ingénieurs, car nous empruntons grâce à eux des ponts, que nous traversons avec des automobiles toujours plus rapides et plus sûres. Pourtant, nous ne résistons pas à l’envie de demander à quoi sert de découvrir un théorème.
L’utilité d’un théorème comme celui de Pythagore, enseigné au collège, c’est de s’appliquer à n’importe quel carré ou rectangle : dans tout triangle avec un angle à 90°, le carré de l’hypoténuse est égal à la somme des carrés des deux autres côtés. La police scientifique utilise ainsi le théorème de Pythagore pour calculer la distance à laquelle se trouvait l’arme ayant tué une victime, et déterminer s’il s’agit d’un suicide ou d’un homicide. Les premiers théorèmes, comme celui de Pythagore, furent découverts à des fins pratiques : il s’agissait de construire des édifices, d’améliorer les systèmes d’irrigation ou de faciliter le transport de pierres lourdes. C’est de là que sont nées la géométrie, l’arithmétique ou l’algèbre.
Aujourd’hui, les nouveaux théorèmes concernent la mathématique pure. La théorie des nombres en fait partie. Pour Harald Helfgott, l’important n’est pas de trouver une utilité pratique à la recherche. Selon lui, la démarche s’apparente à une expédition en haute montagne : l’essentiel n’est pas d’atteindre le sommet, mais de mettre au point les méthodes et la technologie qui permettent d’y parvenir, et qui pourront ensuite s’étendre à d’autres champs de la connaissance.
Les défenseurs des mathématiques nous invitent à la patience. « Il existe une vraie soif de mathématiques, méconnue mais profonde, au sein du grand public, assure Steven Strogatz dans The Joy of x : A Guided Tour of Math, From One to Infinity (7). Malgré tout ce que l’on entend sur la phobie des maths, beaucoup de gens ont envie de mieux comprendre cette discipline. Et, quand ils y parviennent, cela devient souvent une addiction. » Dans un article paru en 2011 dans Nature, « The unplanned impact of mathematics » (8), Peter Rowlett, professeur à l’université de Birmingham, décrit la façon dont, au milieu du XIXe siècle, les nombres complexes ont été adaptés à un espace tridimensionnel (9), découverte qui a ouvert la voie à des avancées alors inimaginables. Pendant plus d’un siècle, cette percée n’a représenté qu’une réponse élégante à un problème ardu. Jusqu’au jour où, dans les années 1980, un ingénieur vit dans ce procédé une méthode plus efficace pour créer des graphiques sur ordinateur, ce qui est aujourd’hui fondamental dans l’industrie du cinéma et des jeux vidéo. Le même schéma s’est vérifié avec l’invention du modem, le GPS ou l’énergie nucléaire. Les mathématiques sont une science du temps long.
Elles sont pourtant tout autour de nous. Si nous voulons acheter un tapis pour le salon, il faut mesurer la longueur et la largeur de la pièce et les multiplier pour en obtenir la surface. Quand nous décidons d’augmenter les quantités dans une recette de cuisine, nous effectuons un calcul mental rapide. Quand nous allons à la banque faire un emprunt, les intérêts que nous aurons à payer sont établis selon une équation mathématique. La queue que nous faisons à cette banque pour parler à un conseiller fonctionne comme un système mathématique : le temps d’attente, la fréquence à laquelle chaque personne est accueillie et la quantité de personnes dans la file détermine si le dernier arrivé préférera rester ou partir. Les ordinateurs fonctionnent en exécutant des centaines d’opérations à la seconde sans que nous en ayons conscience. Nous aimons les jeux de hasard parce que c’est une façon de défier les probabilités, et les mathématiques nous avertissent de l’invraisemblance du gain : 10 % de chances de gagner, cela signifie que sur dix options de jeu, une seule nous est favorable ; toutes les autres sont pour le casino. Même en amour, cette science nous apprend que rencontrer le partenaire idéal revient à trouver le bon équilibre entre avoir la patience d’attendre la personne parfaite et se décider à élire celle qui nous semble convenir. Par exemple, si nous pensons sortir avec dix personnes (dans un ordre aléatoire), les chiffres nous disent que mieux vaut d’ores et déjà éliminer les quatre premières pour pouvoir trouver notre partenaire idéal. Si nous comptons en rencontrer vingt, il faut écarter les huit premières. Les mathématiques nous recommandent d’éliminer 37 % du total de nos options pour que la suivante ait la plus grande probabilité d’être la meilleure. En 1949, le mathématicien Merrill M. Flood a démontré que nous avons 37 % de chances de sélectionner le meilleur partenaire si, après un certain nombre de rencontres, nous arrêtons de chercher parce que la dernière rencontre nous paraît la plus satisfaisante. C’est le « théorème du mariage ». La même technique peut s’appliquer au recrutement du meilleur candidat à un poste de travail. L’expérience et la sagesse des nombres sont partout !
Les problèmes mathématiques non résolus sont comme les grains de beauté sur une peau parfaite. En 2000, le Clay Mathematics Institute a dressé la liste des sept problèmes du millénaire, en promettant 1 million de dollars au(x) chercheur(s) qui résoudrai(en)t l’un d’entre eux. Seule l’a été jusqu’à présent la conjecture de Poincaré, énoncée en 1904 par Raymond Poincaré et qui appartient au champ de la topologie. Le mathématicien russe Grigori Perelman l’a démontrée en 2003, mais il a refusé le prix, considérant que le travail d’un autre mathématicien avait été plus décisif que le sien. Le dernier théorème de Fermat est un autre problème dont la résolution a pris des siècles. En 1637, le Français Pierre de Fermat, dont les mathématiques étaient le passe-temps, annota une conjecture en marge d’un livre, précisant qu’il n’avait pas assez de place pour expliquer sa démonstration. L’énigme obséda de nombreux mathématiciens pendant des siècles. Jusqu’à ce qu’en 1995 l’Anglais Andrew Wiles parvienne à la résoudre et fasse la une des journaux du monde entier.
La carrière d’un mathématicien tourne autour des problèmes. Harald Helfgott a débuté la sienne en arrivant à l’université de Brandeis, dans le Massachusetts. C’est là qu’il a intégré un groupe auquel participaient également des chercheurs du MIT. Il publia ses premiers articles et rencontra des mentors qui l’encouragèrent à poursuivre un doctorat à Princeton, le plus prestigieux centre de recherche en mathématiques avancées au monde. C’est lors de sa première année de doctorat, à l’examen oral de fin d’année, qu’il se confronta pour la première fois à la « conjecture faible de Goldbach », le problème dont la résolution le propulserait au firmament des maths. Le 19 mai 1999, Harald Helfgott se débattit trois heures durant face au jury afin d’expliquer les méthodes qu’avaient mises en œuvre le Russe Ivan Vinogradov pour tenter de démontrer l’énoncé. Après Princeton, où il se spécialisa en théorie analytique des nombres, le jeune prodige obtint un poste de postdoctorant à l’université de Montréal, où il se consacra à la théorie des groupes, son autre domaine de prédilection. Les deux champs appartiennent aux mathématiques pures, celles qui, à la différence des mathématiques appliquées, n’ont aucune finalité pratique ; l’ADN de la discipline, en quelque sorte, qui a plus à voir avec la philosophie qu’avec l’ingénierie.
Prouver la conjecture faible de Goldbach devint vite une obsession pour Helfgott. C’était le problème auquel il revenait chaque jour. Une conjecture est une loi qui semble vraie mais qu’on n’a pas pu démontrer et qui, de ce fait, ne constitue pas un théorème universel. Dans le cas présent, il faut remonter à 1742, quand un mathématicien allemand du nom de Christian Goldbach, tuteur du futur empereur Pierre II de Russie, écrivit à un confrère suisse. De la discussion qui s’engagea à travers leur correspondance, l’Allemand tira deux conjectures : « Tout nombre pair supérieur à 2 peut s’exprimer comme la somme de deux nombres premiers. » Et, comme conséquence de cela : « Tout nombre impair supérieur à 5 peut s’exprimer comme la somme de trois nombres premiers. » Un exemple : 7 est la somme de 3 + 2 + 2. Autre exemple : 21 est la somme de 11 + 7 + 3. Goldbach a appelé la première « conjecture forte » et la seconde « conjecture faible », celle-là même qu’a résolue Helfgott. Les nombres premiers sont les nombres naturels supérieurs à 1 qui ne sont divisibles que par 1 et par eux-mêmes. Le mathématicien péruvien fait une comparaison avec la chimie : les premiers sont les atomes de la table périodique des éléments à partir desquels se crée le reste des nombres. De même qu’aujourd’hui, en physique, il existe une obsession de la découverte des particules élémentaires qui ont formé l’Univers pour savoir quelle en fut l’origine, les mathématiciens sont obsédés par les nombres premiers. Il y a plus de deux mille ans, Euclide démontra qu’il existe un nombre infini de nombres premiers. Depuis, la chasse aux nouveaux nombres premiers est devenue le passe-temps favori des experts et des aficionados des mathématiques. Plus les nombres augmentent, plus les premiers sont rares. Mais on en découvre assez régulièrement. Aujourd’hui, grâce au mathématicien américain Curtis Cooper, nous savons que le plus grand nombre premier connu est 2 puissance 57 885 161 moins 1 ; c’est un nombre composé de 17 425 170 chiffres. Mais la fascination pour les nombres premiers va bien au-delà de leur rareté. Elle se nourrit de notre désir de tout comprendre.
Tous les autres nombres pouvant être générés à partir des premiers, ils ouvrent des pistes pour la résolution de problèmes. Ce que Goldbach conjectura semblait fonctionner pour tous les nombres jusqu’à l’infini, mais personne ne pouvait le prouver. C’est ainsi que cette proposition devint l’un des problèmes les plus difficiles de l’histoire des mathématiques. Au cours des siècles suivants, quelques chercheurs mirent au point des preuves de cette conjecture avec des nombres premiers allant jusqu’à plus de 1 trillion, mais cela ne suffisait pas. En 1937, Ivan Vinogradov démontra directement que la conjecture était vraie pour tous les nombres impairs suffisamment grands (d’autres mathématiciens ont ensuite calculé que le seuil à partir duquel c’est vrai doit être un nombre à plus de 1 300 chiffres). Mais il restait encore une trop grande quantité de nombres entre 1 trillion et ces autres nombres astronomiques pour établir la validité de la conjecture. Harald Helfgott a démontré qu’elle était vraie dans tous les cas. À la différence d’autres problèmes célèbres de mathématiques, comme le dernier théorème de Fermat, dont les solutions se sont appuyées sur plusieurs dizaines de tentatives précédentes, le travail d’Helfgott s’est principalement appuyé sur celui de Vinogradov et des Britanniques Godfrey Hardy et John Littlewood. Il reconnaît aussi s’être inspiré des travaux du Russe Youri Linnik et du Français Olivier Ramaré, qui démontra en 1995 que tout nombre entier pair à partir de 4 est la somme d’un maximum de six nombres premiers. Autant dire que toute démonstration mathématique est en réalité l’aboutissement d’une lignée de preuves. Bientôt, Harald Helfgott aura lui aussi ses héritiers.
À l’époque où il se consacrait à la démonstration de la conjecture, le mathématicien oubliait parfois de rentrer chez lui pour dormir. Il lui arrivait aussi fréquemment de rater son arrêt de métro. Ou de se mettre au travail en pyjama dès le réveil, en omettant de se doucher, de s’habiller et de prendre un petit déjeuner. Résoudre un problème pareil, c’est rompre avec la routine et la vie normale. Pour ne pas sombrer dans la folie, Helfgott s’efforçait de garder un certain recul : chaque semaine, il avait son cours de grec ancien. Il n’a jamais séché, sauf pendant les toutes dernières semaines de son travail. En mai 2013, il est parvenu à la conclusion du problème. Ce jour-là, il s’est rendu dans un magasin de jouets et s’est acheté une maquette de camion avec remorque à assembler. C’était sa façon à lui de signifier que son travail était fini. Le mathématicien s’est senti libéré plus que transporté de joie. Il lui restait encore à faire valider sa preuve par la communauté scientifique.
Le jour où le collège Humboldt de Lima a autorisé ses élèves à venir en classe avec la tenue vestimentaire de leur choix, le jeune Harald Helfgott a décidé de continuer à porter son uniforme gris. Il préférait cela que de perdre du temps à choisir comment s’habiller chaque jour. D’autres personnalités contemporaines ont fait de même : Steve Jobs et ses pulls noirs à col roulé, Mark Zuckerberg et ses chemises grises, Barack Obama et ses costumes bleus : « Je ne veux pas avoir à prendre de décisions sur ce que je vais manger ou porter car j’en ai bien d’autres à prendre », a déclaré un jour le président des États-Unis. Aujourd’hui encore, Helfgott ne serait pas mécontent qu’on lui impose un uniforme pour aller travailler.
Il y a deux mille ans, dans la confrérie pythagoricienne – la société créée par le mathématicien grec pour diffuser le savoir –, les démonstrations se faisaient par essai et erreur. C’est le même chemin que suivent aujourd’hui les théoriciens des nombres pour démontrer une conjecture. Selon Harald Helfgott, l’enseignement actuel de la discipline ne devrait pas viser l’habileté à résoudre une liste de problèmes sans commettre d’erreurs dans le minimum de temps possible. Ce qu’il faut apprendre aux élèves, c’est à penser comme un mathématicien, avec intuition et de façon logique. La phobie de la discipline prend sa source à l’école, avec le stress des examens. Les élèves reçoivent des notes chaque semaine sans comprendre ce qu’ils doivent améliorer. À peine ont-ils terminé un contrôle qu’il faut passer au chapitre suivant pour préparer le prochain test. Les problèmes doivent être résolus en un temps chronométré : c’est cette pression qui rend les mathématiques scolaires détestables et les réduit à une course inepte contre la montre.
« En sixième, notre prof lui apportait des problèmes de seconde ou de première, se souvient Matías Vega, un ancien camarade de classe d’Helfgott au collège Humboldt. Pendant les examens, nous nous arrachions tous les cheveux pour terminer à l’heure. Lui, il finissait en dix ou quinze minutes et sortait ensuite de son sac des exercices de classes supérieures pour passer le temps. » Les mauvais professeurs, estime Harald Helfgott, enseignent selon un modèle de répétition : le maître explique un nouveau concept, déroule un exemple en classe et distribue un exercice à faire à la maison. Les cours de maths se convertissent ainsi en un ressassement de formules au lieu de permettre l’exploration d’un monde nouveau, gouverné par la raison.
Helfgott, lui, n’a pas été victime de cet enseignement traditionnel. Il n’en a jamais eu besoin. Ses premiers maîtres furent ses parents, professeurs de maths et de statistiques, qui ont choisi son nom en l’honneur du mathématicien danois Harald Bohr, ancien footballeur de l’équipe olympique danoise et frère du physicien Niels Bohr, l’un de ceux qui travaillèrent à la théorie de l’atome. Le jeune mathématicien a même servi de correcteur à son père quand celui-ci a rédigé son premier livre de géométrie : il était chargé de vérifier que les démonstrations étaient correctes.
Harald Helfgott a toujours été différent des autres, mais jamais solitaire. À l’école, on le surnommait « la grosse tête ». Matías Vega se souvient d’un garçon ayant l’allure typique du petit génie, le regard figé dans le vide, indifférent à son apparence. Il avait d’autres passe-temps que ses amis : plutôt que des bandes dessinées, il lisait La Métamorphose de Kafka, jouait aux échecs plutôt qu’au football, était allé voir 2001 : l’odyssée de l’espace au cinéma quand les autres se pressaient pour voir E.T. Le petit garçon avait aussi d’autres peurs : un après-midi, il avait éclaté en sanglots à la lecture d’un article de journal expliquant que l’Univers avait une fin. Helfgott, pour sa part, se rappelle que ses professeurs se rendaient compte de ses facilités et lui permettaient de lire des ouvrages au programme des classes supérieures. Au lycée, le soir, il suivait le cours bénévole d’un de ses enseignants, réservé aux plus avancés. Pour lui, « le meilleur maître est celui dont l’objectif est d’être un jour dépassé par ses élèves ».
À une époque où le Pérou traversait sa pire crise économique, ses parents l’avaient inscrit à un cours d’été dans une école soviétique de Lima. Helfgott avait 10 ans. C’est là qu’il a commencé à apprendre le russe et à suivre des cours avancés de mathématiques. Mirko Solari, qui fréquentait lui aussi cette école, se souvient de leurs conversations sur les problèmes du Pérou. Le mathématicien n’a jamais perdu cet intérêt pour la chose politique, surtout en ce qui concerne les questions d’éducation. En la matière, le Pérou figure parmi les pires pays au monde. Il occupe la dernière place du classement Pisa de 2012, qui compare les acquis des élèves de 65 pays de l’OCDE en mathématiques, en sciences et en lecture.
L’an dernier, Helfgott a dirigé un programme d’école d’été à Cuzco. Associé à deux centres internationaux de mathématiques et une université de la ville, il avait pour ambition d’attirer là les meilleurs étudiants d’Amérique latine pour débattre de sujets pointus concernant la théorie des nombres. La sélection fut draconienne : lettres de recommandation et bulletins de notes prouvant que le candidat était un vrai connaisseur, animé par une motivation intellectuelle profonde, et pas seulement en quête d’une ligne supplémentaire sur son CV. Helfgott invita des mathématiciens du monde entier à venir dispenser des cours magistraux et à passer quelques semaines avec les étudiants. Il se chargea personnellement des moindres détails, depuis la carte des vins proposés aux cérémonies officielles jusqu’au choix de l’hôtel où séjournèrent, ensemble, élèves et professeurs. L’école de Cuzco était tout simplement celle dont Helfgott adolescent aurait rêvé.
Un soir de février 2015. Un homme danse avec un autre dans une salle située au rez-de-chaussée d’un immeuble parisien. Harald Helfgott a les bras posés sur les épaules de Daniel Schnellmann, son professeur de tango, lui aussi mathématicien, rencontré à l’École normale supérieure où ils avaient un bureau au même étage. Ils évoluent au son d’un tango argentin, au milieu d’une trentaine d’élèves réunis là comme chaque semaine pour une milonga. Le mathématicien suisse mène la danse, guidant Helfgott par de légers mouvements de hanches, tandis que l’autre bouge à peine les bras et ne fléchit quasiment pas les jambes, aussi raide qu’un piquet, concentré qu’il est à tenter de suivre le rythme et éviter de marcher sur les pieds de son partenaire. Helfgott avait suivi son premier cours de tango quelques mois plus tôt en Russie, quand il était professeur invité à l’université d’État de Saint-Pétersbourg. Dès les premières minutes, le professeur russe avait deviné qu’il s’agissait d’un mathématicien, à cause de sa rigidité et du vocabulaire qu’il empruntait aux expressions les plus courantes dans la discipline. Il l’agaçait en demandant des « démonstrations » à tout bout de champ. Helfgott se souvient qu’il ne savait pas dire « hanches » en russe et qu’il a eu des problèmes à cause de la barrière de la langue : c’est pour cela, selon lui, qu’il s’est retrouvé avec les débutants. Quoi qu’il en soit, ce soir de 2015, à Paris, Helfgott pense en français et se concentre pour ne pas perdre le rythme : tout en dansant, il garde le regard fixé sur un point du mur d’en face, comme hypnotisé, s’efforçant de sentir, au millimètre près, chaque partie de son corps, au lieu de regarder les pieds de son partenaire. Schnellmann, lui, ne perd pas patience : il danse avec son élève et confrère une dizaine de minutes et prend le temps de lui répéter, cinq fois, qu’il doit « se lâcher » un peu plus. Il insiste pour qu’Helfgott danse avec d’autres afin de se laisser emporter par la musique et d’apprendre à anticiper les mouvements d’inconnus. Mais son principal conseil va contre l’être profond du mathématicien : Helfgott doit « moins se concentrer ».
Le tango et les mathématiques partagent un même paradoxe : ils exigent à la fois la rigidité dans l’application des lois qui les gouvernent et la flexibilité de l’improvisation. Le rythme du tango est figuré par les temps notés sur une portée avec des symboles musicaux, de même qu’un théorème s’écrit avec des variables et des symboles mathématiques. Dans un article de 2010 intitulé « Mathematical models for Argentine tango », Carla Farsi, de l’université du Colorado, applique au tango toute une série de modèles mathématiques représentés par des graphiques tridimensionnels, comme s’il s’agissait d’un problème de physique. L’expressivité de la danse y est ainsi réduite à des équations, interdisant tout faux pas. Helfgott est tombé amoureux du tango en écoutant Gardel lors des déjeuners familiaux, quand il était enfant. Le pratiquer est tentant pour lui car c’est une danse plus formelle que d’autres : il y a une liste de pas et toute la gageure consiste à les combiner avec élégance. Lors de son cours à Paris, le mathématicien a passé la soirée à danser avec des partenaires occasionnels qui n’acceptaient les invitations de ce débutant qu’à contrecœur. Sur la piste, Helfgott maintenait ses partenaires à distance en gardant les bras semi-ouverts, les mains posées sur leurs épaules et non sur leur taille. C’est la posture des novices qui ne savent pas encore anticiper les pas de l’autre. L’une de ses partenaires ce soir-là était une femme d’un certain âge, vêtue d’une robe rouge fluide, qu’Helfgott entraîna vers le centre de la piste et qui le suivit volontiers. Elle lui chuchotait des conseils, lui disant dans quelle direction il fallait glisser, pendant que le mathématicien se concentrait sur le mur d’en face. C’est elle qui menait la danse. Le couple tournoyait au son de Recuerdos de bohemia, d’Astor Piazzolla.
« Dis-moi pourquoi, pourquoi oublier
Que j’ai fait fleurir
Ton printemps.
Pourquoi
Ton cœur m’a-t-il abandonné.
Pourquoi
Ta main m’a-t-elle écarté.
Dis-moi pourquoi, pourquoi, quitter
Celui qui t’a donné son être
Sa vie entière.
Pourquoi
As-tu payé d’une si cruelle rigueur
Tout mon amour. »
La femme en rouge quitta la piste en donnant à Helfgott des conseils pour le reste de la soirée. La beauté du tango réside dans les figures que dessinent les couples et dans l’improvisation. En mathématiques, la beauté est dans la simplicité et l’irréfutabilité des démonstrations. Des neuroscientifiques britanniques ont découvert que la partie du cerveau qui s’active face à la beauté d’une œuvre artistique ou musicale est la même que celle qui s’active dans le cerveau d’un scientifique lorsqu’il regarde des équations qu’il juge splendides. Pour Helfgott, la beauté des mathématiques n’est pas une vertu cardinale, mais il admet la rechercher quand il s’efforce de résoudre un problème. Quand on l’interroge sur la beauté des femmes, il répond que, bien sûr, ça compte, mais pas autant que l’intelligence. « Il faut avoir des principes communs et des tempéraments complémentaires », dit-il. Le soir de la milonga à Paris, les couples ont peu à peu déserté la salle. Jusqu’au bout, Helfgott a pressé son professeur de questions pour savoir ce qu’il devait améliorer. L’homme qui venait de découvrir la solution à un problème mathématique datant de près de trois cents ans brûlait de se trouver lui-même dans l’élégance et la sensualité du tango.
Si cette science requiert de la patience, elle est loin d’épuiser celle d’Helfgott. Il n’a pas encore 40 ans, et c’est déjà un homme capable de prendre le temps d’apprendre une nouvelle langue comme le russe ou le grec ancien. Quand il s’est proposé de résoudre la conjecture faible de Goldbach, il savait que sa démonstration ne serait que la première étape d’une aventure qui durerait encore des années. Car les mathématiques ont elles aussi leur bureaucratie : la preuve d’une conjecture aussi ancienne passe par tout un protocole dirigé par des experts, des éditeurs et des arbitres qui doivent appuyer sa publication. La démonstration d’Helfgott a subi deux ans de révisions et de réécritures avant d’aboutir à la version finale publiée. Puis il a encore fallu attendre qu’un panel de juges anonymes la valide. On imagine souvent la carrière du mathématicien comme un sprint mental émaillé de fulgurances, quand c’est au contraire une voie qui demande de l’endurance, et dans laquelle seuls ceux qui ont la patience nécessaire réussiront. Isaac Newton a dit : « Si j’ai fait quelque découverte d’importance, je le dois à mon attention et patience plus qu’à tout autre talent. »
En mai dernier, alors qu’il se trouvait à Göttingen pour chercher son futur appartement, Helfgott reçut, à son hôtel, un courrier électronique d’une des éditrices de la très ancienne et prestigieuse revue de Princeton, Annals of Mathematics Studies. C’était l’approbation finale de sa démonstration de la conjecture faible de Goldbach.
Et le point final d’une grande aventure mentale. Le chercheur avait accepté d’attendre des années que sa démonstration soit vérifiée et passée au peigne fin. Cette longue attente de la preuve et de sa validation est moins romantique, certes, que l’extase d’un moment d’illumination. Un mathématicien doit apprendre à vivre sans penser à l’eurêka.
— Cet article est paru dans Etiqueta negra en juillet 2015. Il a été traduit par Suzi Vieira.