孿生素數猜想要證明什麼?華裔數學家張益唐成功解決,名揚數學界

2020-12-03 閒雲趣談科學

科學界有個共識,數學是科學的基礎,它包含了拓撲學、幾何學、概率論等多個領域,都是科學研究所必須的。所以數學學習陪伴了我們十幾年,從幼兒園開始,我們就學習了數字。上了小學,我們學習數字運算。到了中學,數學又加入了幾何和變量。一個人窮盡一生之力,都沒辦法學完所有數學領域。只有針對一個數學分支,才有可能取得成就。

數學是科學的基礎

在數學分支裡,數學家研究最多的便是代數學和數論,這兩個是數學的基礎和核心。由此產生的數學定理也有不少,比如孿生素數猜想。素數的定義各位應該都知道,小學數學課都教過。孿生素數的定義也不難,就是素數和一個比它大2的素數,比如3和5。

孿生素數猜想

在我們看來,孿生素數就是這麼簡單,似乎沒什麼好研究的。但在數學家眼裡,素數簡直是座沒有被開發的寶藏。哥德巴赫猜想和黎曼猜想,還有勒讓德猜想,和素數都有關係。孿生素數猜想是個特例,它針對的是特定的兩個素數。數學家對素數是否有無限個展開了討論,即使是數學成績一般的人也知道,素數的定義就決定了它的個數是無限的。

數學家

可怎麼證明?孿生素數猜想就是要求我們證明存在無限對孿生素數,數學家們都知道這個猜想是成立的,但就是沒辦法把它證明出來。數學家就這樣,總是喜歡證明那些成立的定理和猜想。如此有挑戰性的工作,可以幫助他們提高數學思維。

在沒有電子計算機的年代,數學家們都是用筆和草稿紙計算的。他們發現了一個簡單的規律,在0到999這個區間裡,有135個素數。之後再以1000個數字為區間,可以看出素數的個數是遞減的。數學家覺得這是個好兆頭,既然是遞減的,那就有規律。於是,世世代代的科學家都投入了這項工作。不過大多數都折戟了,其中還包括希爾伯特這樣的大數學家。

孿生素數

陳景潤卻為數論研究開了個好頭,他為了證明哥德巴赫猜想付出了大量精力,雖然沒有成功,卻走出了一大步,哥德巴赫猜想可以說是解決了一半。陳景潤成功證明「1+2」用的是特殊的篩法,當他在論文中公開出來後,數學家們有了新的方向,他們覺得用篩法也能證明孿生素數猜想。

陳景潤

大器晚成的數學家張益唐

張益唐是華裔數學家,他不如陳景潤出名,也不是個天才,他是大器晚成和厚積薄發的典範人物。他研究數學的前二十年都沒發表過一篇高質量的論文,直到2013年,他才一鳴驚人,發表了《素數間的有界間隔》,解決了困擾數學家兩個世紀的孿生素數猜想,此時的他,已經58歲了。

張益唐

張益唐正是受了陳景潤的啟發,用了改進後的篩法,還創造性地引用了代數幾何學的知識,這才攻克了難題。他的論文經過提煉後就一句話,孿生素數有無限對,並且它們的差值小於7000萬。張益唐一炮而紅,名揚數學界。在談到他為何能證明出孿生素數猜想時,張益唐說他受到了費馬大定理的證明的啟發,也選擇了用跨界的方法證明。

陶哲軒

孿生素數猜想就這樣宣告終結,不過素數問題並沒有,天才數學家陶哲軒就組織了一批數學愛好者,一起研究素數問題。陶哲軒和張益唐有過接觸,他們之間的交流,我們這些普通人也聽不懂。不過還是祝福陶哲軒能夠成功,為數學的發展做出貢獻。

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