2018年,89岁高龄的菲尔兹奖得主,迈克尔·阿蒂亚爵士举行了他最后一次公开的数学报告:
这个报告是关于“黎曼猜想”的证明,报告结束后仅仅三个月,老爷子就溘然长逝。
这次报告到底是不是证明了“黎曼猜想”,我没有资格评论,这需要数学界内部进行审查。哪怕就算结果错的,也有可能指出新的突破方向,这在数学史上也层出不穷。留待学界、时间来检验吧。
但是,黎曼猜想:
到底说了什么,能让这位耄耋老人在生命的最后一刻依然向它发起冲锋;让一代代的数学家为之魂系梦绕(大数学家希尔伯特就说过,如果他能复活,第一件事情就是要问问,黎曼猜想证明了吗?)。
逝者安息,生者传承,下面就以我们的方式尽量数普一下黎曼猜想,把老爷子这份执着传递一二,把无数数学家的这份执着传递一二。
大于1的自然数中,除了1和该数自身外,无法被其他自然数整除的数称为
我们知道素数是无穷的(欧几里得定理),也可以通过埃拉托斯特尼筛法筛出有限个的素数:
但对于素数的整体了解依然非常少,素数似乎是完全随机地掺杂在自然数当中的一样,下面是1000以内的素数表,看上去也没有什么规律(你说它越来越稀疏吧,
别说素数的精确分布了,就是随机抽取一个足够大的自然数出来,要检验它是否是素数都需要经过一番艰苦的计算。
以研究素数为核心的数论,在数学家眼中就是:
你可能会有一个疑问,研究素数干嘛?可以改善生活吗?提高寿命吗?粮食增产吗?移民火星吗?
当然可以给出一些现实的理由,比如流行的区块链中的加密算法就依赖于素数分布的一些理论。但是随着了解的深入,我发现对于数学家而言这些根本不重要,不足以构成驱使他们前进的动力。正如有人询问著名登山家乔治·马洛里“为什么要登山”,马洛里回答道:“因为山在那里”:
数学家研究素数的理由很简单,因为它在那里。数论可能才是最纯粹的数学,才是数学的初心。
先根据之前给出的素数表绘制一个函数图像:
纵坐标
这个意思就是
得到素数的精确分布目前还属于天方夜谭,数学家就退而求其次,想知道
高斯和勒让德猜测:
后来又有改进的猜测:
把这三个函数图像放在一起,看上去好像确实可以看作近似,并且后者近似还要好一些:
这两个猜测,尤其是后者,都可以称为
格奥尔格·弗雷德里希·波恩哈德·黎曼(1826-1866)德国数学家,黎曼几何学创始人,复变函数论创始人之一:
1859年黎曼被任命为柏林科学院的通讯院士,作为见面礼,黎曼提交了他唯一关于数论的论文,也是唯一完全不包含几何概念的论文,《论小于一个给定值的素数的个数》:
这篇论文总共只有9页,却可以名列最难读的论文之列(黎曼显然高估了阅读者的水平,其中不少结论都没有给出证明,因为他觉得不证自明、一目了然。但是事实是,比如其中证明的一小步,都花费了后人46年的时间才证明出来),同时又是素数研究领域最重要的一篇论文。
听这个论文的名字也知道这篇论文是关于
先不管这个函数的细节,看到没,黎曼压根就没有理会什么素数定理,直接给出了
重复一下,
这个函数分为两部分:
其中
整个式子的意思就是,通过修正项调整之后,黎曼给出的素数计数函数
要把
为什么自变量用
如果尝试解下面与
这个方程的解有无数多个,可以分为两类:
至此,黎曼猜想中最重要的两个名词都出现了:
好,回头再来看
这个函数有4部分:
之前也说了,