他的指尖在草稿紙上快速演算起來,試圖找到與哥德巴赫猜想適配的工具,尋找突破的可能。
現有的方法,無論是篩法還是圓法,都是從不同角度去逼近這個問題。
篩法像是用一張網去撈素數,圓法則像是用傅立葉分析去探測素數的分佈頻率。
但這兩個工具都有一個共同的侷限:它們都是在“外部”觀察素數,而不是從素數集合本身的“內部結構”出發。
肖宿忽然想起自己之前研究辛幾何時的一個想法。
在辛幾何裡,研究一個流形的性質,最直接的方法是研究它上面的函式空間。
那些函式在流形上的取值、變化、臨界點,能告訴你這個流形長什麼樣。
如果把素數集合看作一個離散的“流形”呢?
在這個流形上,可以定義一類特殊的函式,比如,把每個偶數n對映成它能夠分解成的素數對數目。
這個函式的值,就是哥德巴赫猜想關心的東西。
這個函式在整數軸上的分佈,會不會有什麼不變的結構?
肖宿重新坐直,開啟一個新的文件,開始寫下幾行字:
“設P為素數集合。對任意偶數n,定義g(n) = #{(p, q) ∈ P×P : p+q=n},即n的哥德巴赫分解數目。”
“問題是:g(n)是否恒大於0?”
寫完之後,他盯著這幾行字看了一會兒。
這是一個古老的問題,但他想換一個全新的角度去看它。
如果從傅立葉分析的視角,g(n)可以看作是兩個素數集合的卷積。
也就是說,如果把素數集合表示成一個特徵函式,每個整數如果是素數就取1,不是就取0,那麼g(n)就是這個特徵函式與它自身的卷積。
卷積在傅立葉域裡會變成乘法。
也就是說,g(n)的傅立葉變換,等於素數特徵函式的傅立葉變換的平方。
所以,如果能搞清楚素數特徵函式的傅立葉變換,就能搞清楚g(n)的分佈。
這是一個經典的圓法思路。
哈代和李特爾伍德在上個世紀初就用這個方法得到了一個漸近公式:
g(n) ≈ 某個常數 × n/(log n)^2 × 一個與n的奇因子有關的修正因子。
但這個公式只是漸近的,不是嚴格的。
問題出在哪裡呢?
“圓法給出的是主項的估計,但餘項的控制一直無法做到足夠小,根本原因在於,素數集合的傅立葉變換有太多的振盪,難以精確估計。”
但如果換一個視角呢?
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