肖宿闭上眼睛,让思维自由飘荡。
他看见一条数轴,上面散落著素数点——2,3,5,7,11,13,17,19,23……
这些点看起来隨机分布,但仔细看,又似乎有某种说不清的秩序。
3和5之间差2,5和7之间差2,11和13之间差2,17和19之间差2...
这些相差2的点对,像某种共振频率。
如果...
肖宿突然睁开眼睛。
如果我把数轴想像成一维流形,素数就是上面的一些特殊点。
那么孪生素数就是距离为2的两个特殊点。
这就像在问:在这个流形上,是否存在无穷多对点,它们的“测地距离”为2,而且每个点都是某种“算术奇点”
他重新拿起笔。
这次,他换了一种语言。
在顾—辛框架中,任何一个数学对象都可以被赋予一组“宇宙坐標”,那是一组捕捉其最本质特徵的编码。
对於素数分布来说,这个“宇宙坐標”应该是什么
肖宿开始构造。
首先,他需要把整数嵌入到一个连续空间中。
不是实数轴,那太平凡了。
他需要的是一个能够同时编码乘法和加法结构的高维空间。
阿德尔环闪过他的脑海。
那是代数数论中的標准工具,把所有素数p的p进数域和实数域放在一起,形成一个巨大的拓扑环。
整数在这个环中的嵌入是n?,每个分量是n在对应完备化中的像。
但肖宿想要的不是標准阿德尔环,而是一个经过“辛整形”的版本。
他写下第一行:
定义1:设x为所有素数p对应的p进数域的受限乘积,赋予由顾—辛度量定义的拓扑结构。对於每个整数n,定义嵌入φ:?x,使得φ的第p分量为nodpk的极限。
这个定义不算新鲜。但接下来,肖宿做了关键的一步。
他引入了一个“加权函数”w=/plogp。
这个函数来自他在《数学发明》上发表的那篇关於有理点估计的论文,在那篇论文中,他用这种加权函数修正了点分布的误差项。
定义2:对於x中的两点x=和y=,定义它们之间的距离为d=Σw|x_py_p|_p
其中||_p是p进绝对值。
这个度量很奇怪。
它是一维p进度量的加权和,权重与素数的大小有关。
大素数贡献更大,小素数贡献更小。
就好像在说,素数的“重要性”与其大小成正比。
肖宿写下这个定义后,停顿了一下。
这个度量能收敛吗
他快速估算了一下。
|x_py_p|_p的最大值是1,所以级数受控於Σw。
而ΣwΣ/p,这是一个发散级数,就像调和级数一样,缓慢地、但坚定地趋向无穷。
所以d可以是无穷大。
那就有意思了。
只有当x和y“足够接近”时,距离才有限。
肖宿的眼睛亮了。