找到了「孿生素數」猜想的證據,但它可能在另一個宇宙

2020-12-05 程彥國果

數學家們為數學中最著名但尚未被證實的假設之一——「孿生素數」猜想——找到了新的證據,但證據的路徑可能無助於證明孿生素數猜想本身。

孿生素數猜想是猜測一個素數(它只能被自己整除並且是1)如何以及何時出現在一行數字上。」孿生素數」是那一行上相距2的素數: 3和5,5和7,29和31,137和139等等。孿生素數猜想指出,孿生素數的數量是無限的,不管你走了多遠,你總是會碰到它們。文章還指出,素數對是無限多的,它們之間存在每一個可能的間隔(階段200000中的素數對等等) ,數學家們相當肯定這是正確的。

當然這看起來是真的,如果不是真的,那就意味著質數並不像人們想像的那樣隨機,這會打亂很多關於數字如何運作的想法,但是沒有人能夠證明這一點。但是數學家們現在可能比以往任何時候都更接近了,在《 arxiv 》雜誌上發表的一篇論文中,正如《 quantum 》雜誌首次報導的那樣,這兩位數學家證明了這個孿生素數猜想是正確的,至少在其他宇宙中是正確的。

這就是數學家所做的: 他們試圖通過一路上證明小的觀點來證明大的證明,有時他們從小的證明中學到的東西可以幫助大的證明。在這種情況下,哥倫比亞大學(columbia university)數學家威爾薩溫(will sawin)和威斯康星大學的馬克舒斯特曼(mark shusterman)展示了另一個宇宙孿生素數猜想的「有限場」的一個版本: 一個數字系統,它不像一些線那樣走向無限,而是在自身內部循環。

最常見的是,你可能每天都會在鐘錶表面遇到一個有限的場。它向前推進123456789101112然後循環回到1。在有限域中,3 + 3仍然等於6,但是3 + 11 = 2。

有限域有多項式,或者像「4x」或者「3x + 17x ^ 2-4」薩溫說,就像正則數一樣。數學家們已經發現有限域上的多項式就像整數(數列上的整數)。關於整數的語句也傾向於信任有限域上的多項式,反之亦然。就像素數是成對的,多項式也是成對的。例如,雙胞胎3x + 17x ^ 2-4是3x + 17x ^ 2-2和3x + 17x ^ 2-6。與整數不同,多項式的好處在於當你在圖上畫它們時,它們會形成 Unicode幾何圖形列表,例如,2 x + 1。

因為多項式映射形狀,而不是點,當你畫一個素數時,你可以用幾何學證明多項式,而不是簡單的整數。這項研究的作者並不是第一個注意到幾何學可以用來理解有限域的人。其他研究人員已經證明了關於有限域上某些類型的多項式雙素數的假設的較小版本,但是 sawin 和 shusterman 的證明需要研究人員在許多方面從頭開始。有一種觀察可以用一種技術來完成,這種技術可以讓幾何學變得更好... 這樣它就可以適用於所有這些情況。

這種幾何技術在研究中取得了突破,表明這種特殊形式的孿生素數猜想可以應用於有限域上的所有多項式,而不僅僅是其中的一些。壞消息是,由於這種方法嚴重依賴於幾何學,因此很可能無法用它來證明孿生素數猜想本身,所以其背後的數學原理就太不同了。

儘管如此,有限域的情況是一堆新的證據,用每個人都在等待的證據存在於某個地方的可能性來挑逗數學家。就像是在看一座陡峭的山頂。相反,他們爬上了附近的一座山,這座山在遠處幾乎可以看到,但是被雲層籠罩著。通往第二座山頂的路線,在真正有趣的山上可能行不通。

舒斯特曼希望繼續與薩溫一起研究孿生素數問題,他在證明這個問題的過程中所學到的東西可能會成為孿生素數猜想的重要組成部分。

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    k等於1時就是孿生素數猜想,而k等於其他自然數時就稱為弱孿生素數猜想(即孿生素數猜想的弱化版)。因此,有人把波利尼亞克作為孿生素數猜想的提出者。孿生素數猜想正式由德國數學家大衛·希爾伯特在1900年國際數學家大會的報告上提出(第8個問題的一部分)。由於孿生素數猜想與哥德巴赫猜想密切相關(姐妹問題),很多數學家希望通過解決這個猜想,進而攻克哥德巴赫猜想。
  • 張益唐與孿生素數
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    2013年5月18日,「孿生素數猜想」重大突破性進展的論文在國際數學界頂級期刊《數學年刊》發表後,張益唐在隨後的一年接連獲得美國數學學會2014年度柯爾數論獎、瑞典2014年度羅夫肖克獎,及2014年麥克阿瑟天才獎等國際數學界重量級獎項。2016年,張益唐接受加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)校長的邀請,開始在該校數學系任教至今。
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    它所對應的就是數論中的整數相鄰互素定理。數論對量子論的深度解釋從此將拉開序幕。量子論還可以用不完備定理的逆向過程來解釋,哥德爾發現了一個等量的世界是有局限的,但如何可逆,反熵則沒有找到思路,相鄰論則找到了一個可回歸本原的思路。證明哥猜的數學核心引擎是相鄰論和重合法,相鄰論是最底層的簡化和優化工具,側重於互異互素運算,重合法是最底層的變換和映射工具,側重於同態同構運算。
  • 170歲「高齡」了 孿生素數猜想還未得到證明
    近日,美國哥倫比亞大學的數學家威爾·薩文(Will Sawin)和威斯康星大學麥迪遜分校的馬克·舒斯特曼(Mark Shusterma)在預印本平臺arXiv上發布了一個證明,如果該證明被確認無誤,將為孿生素數猜想的研究提供一種新的有益借鑑。該證明是在一個被稱為有限域的框架上來探討孿生素數猜想的相似版本。有限域上的函數域被認為擁有許多與數域類似的算術性質。
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    孿生素數是指那些相差為2的素數對,比如3和5、5和7、11和13、17和19、599和601……除了第一對孿生素數(即3和5)之外,每個孿生素數對中的第一個素數總是比6的倍數小1。所以第二個孿生素數總是比6的倍數大1。孿生素數猜想說的是,在自然數集中,這樣的孿生素數對有無窮多個。
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