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。