他换了个思路。
在辛几何中,拉格朗日子流形之间的几何关係可以用它们的相交理论来描述。
对於两个拉格朗日子流形l1和l2,它们的相交数是一个重要的不变量。
如果l1和l2是某个辛同胚的像,那么这个相交数就反映了这个辛同胚的性质。
所以相交数为0。
这没有信息。
也许需要考虑更高维的拉格朗日子流形。
肖宿想到,可以构造一个一维拉格朗日子流形,它连接所有孪生素数对。
还是不行。
肖宿再次站起身,在房间里踱步。
也许问题不在於单个素数对,而在於素数对的分布模式。
就像统计物理中,我们关心的不是单个粒子的位置,而是粒子的关联函数。
他想起陶哲轩报告中提到的“关联函数”概念。
对於素数分布,可以定义两点关联函数r=liΣx_px_p,其中x_p是素数的特徵函数。。
这个常数c是怎么来的
肖宿盯著这个乘积,突然意识到什么。
这个形式,和顾—辛框架中加权度量的正规化项很像!
他的笔快速动了起来:
如果把加权度量中的权重w取为log2),那么正规化后的距离d?就会与c有关。
肖宿开始重新定义。
非常好!
这样定义加权度量时,不再需要正规化,因为级数本身就收敛。
接著再定义:对於两个整数和n,定义它们的关联距离为p=Σ_{p?}w+δ_{2|}w,其中w=—log2)对於p>2,w由单独公式定义。
完美!
肖宿的思考越来越快,难以抑制的嘴角上扬。
他知道自己离成功越来越近了。
这个定义的美妙之处在於:对於孪生素数对,关联距离p是常数;对於非孪生素数对,p会不同。
而且这个p的构造直接来源於哈代—李特尔伍德的常数c,那个被数值验证了无数次的常数。
所以,孪生素数对就是那些使得p取特定值的素数对。
现在,问题转化为:在顾—辛特徵空间x中,考虑所有素数点构成的集合p。
在这个集合上,有一个由p诱导的“关联结构”。
如果能够证明,这个关联结构具有某种刚性,即如果存在有限个使得p取特定值的点对,那么就必须存在无穷多个,那么孪生素数猜想就得证了。
这种刚性从何而来
肖宿想到了顾—辛框架的第二条公理,层次分明。
所有辛流形按照內在的“旋转复杂度”被安置在一个清晰的阶梯上。
在x中,素数点集p的“旋转复杂度”应该由p的分布决定。
如果只有有限个孪生素数对,那么p的关联结构就会在某个尺度上“断裂”,就像一座桥缺少了关键的石块。
而这种断裂会导致p的旋转不变量,也就是第一条公理中的守恆量发生变化。
守恆量必须守恆。
所以断裂不可能发生。
因此,孪生素数对必须有无穷多。
肖宿感觉脑海中那条隱藏的路径终於清晰起来。
他开始系统地写下证明框架:
第一步就是构造顾—辛特徵空间x及其上的辛结构。
这需要用到p进数域的受限乘积、顾—辛度量的適当定义、以及辛形式的构造。
这一步是技术性的,但框架已经足够成熟了。
第二步则是定义关联距离p,並证明它与哈代—李特尔伍德常数c的关係。
这保证了孪生素数对在p下取相同的值。
第三步是將素数点集p视为x中的拉格朗日子流形,即零维子流形。
定义p上的“孪生关联结构”常数的点对构成的图。
第四步將引入顾—辛框架中的旋转守恆量。
这个守恆量是定义在p上的一个拓扑不变量,它可以通过某种配分函数计算。
关键在於证明,如果只有有限个孪生素数对,那么守恆量必须为零。
但如果从素数分布的全局性质推出守恆量恆不为零,那么孪生素数对必须有无穷多。
第五步就是计算守恆量了。
这一步需要用到素数定理和解析数论中的標准结果。
肖宿写完最后一行,放下了笔。
窗外,天色已经开始泛白。
他看了看手錶,凌晨五点二十。
不知不觉,他竟然思考了整整一夜。
但此刻的肖宿没有丝毫疲惫。
他看著笔记本上那六页密密麻麻的推导,心中涌起的不是激动,也不是狂喜,反而是一种奇特的平静感,带著“本该如此”的释然。
还带著解决一个美丽问题后的纯粹的喜悦。
原来素数可以这样理解
原来到达山顶的路是这样的
一瞬间,他再次感受到了第一次接触数学时美妙的感觉,看似杂乱无章的世界,以