七十年代末八十年代初,哥德巴赫猜想在中国风靡一时,来源于徐迟的一篇同名报告文学。我还是小孩子,记得大人们叽里咕噜疯传。
“哇,不得了。陈景润证明了1+2=3,离1+1=2就差一丢丢了。”
后来才晓得,正确的表述应该这样:
任一偶数,可以分解成素数与素数之和,或奇素数与一个素因子不超过2的奇数之和。例如,16=5+11或16=7+3×3。
在攻克这一顶级难题的征途上,陈景润先生是目前最接近巅峰的人。可惜,那“一丢丢”比天河还难跨越。即把结论里的“或”去掉,才算彻底证明了哥德巴赫猜想。它与孪生素数猜想、黎曼猜想一起,并称为“三大世纪难题”。
王元先生曾经在私下的场合表示,1+1与1+2不是一回事。如果是这样,还像陈先生那样采用加权筛选是证明不了1+1的。这是一个孤立问题,和数学的其它方面缺乏联系,即使证明了也只是多了一种加法算法。但是既然证明不了它,就说明我们的数学缺乏新工具,那个工具的价值大于证明的结果。
孪生素数猜想的起源不可考证,猜怎么也有四百年历史。哥德巴赫猜想三百岁了,黎曼猜想两百岁了。三个老伙计毫不羞愧地跨越了几个世纪,依旧活蹦乱跳。
哥德巴赫猜想是各种超级难题中,表述最简单,流传最广泛,参与最众多的一个。
即使去乡村里面随手找到一个烧火的老太太,她也能够听懂,说不定还可以举出几个例子,6个鸡蛋=3个鸡蛋+3个鸡蛋……
不光民间有大把人宣传证明了,在专业人士中也不罕见。前几天我就见到一位知名教授在论坛发帖子,“大家能不能帮忙看看,我的证明有什么毛病吗?”。
这种情况,在科学史上挺普遍。
十九世纪最轰动的三件数学大事,莫过于哥德尔不完备定理的提出,塞尔伯格用初等方法证明了素数定理,怀尔斯攻克了高悬400年的费马大定理。连如此牛逼的怀尔斯,首次公布也犯错误,花费了整整一年才修补漏洞。
十七世纪,爱好数学的富N代子弟哥德巴赫在给欧拉的信中提到,“任一大于2的整数都可写成三个素数之和”。大神就是大神,立刻提炼出流传千古的命题:任一大于2的偶数,都可以写成两个素数之和。
即使是一代天骄欧拉,至死也没能够证明。从此,它成了一代又一代数学家梦想征服的高峰。
近代把1开除出了素数行列,而2又是唯一的偶素数,于是命题变更为:任一大于5的偶数,都可以写成两个奇素数之和,即2M=P1+P2。
除了几个超级大牛,没人敢宣称证明了“黎曼猜想”,因为光看懂题目就得死掉一层脑细胞。
但“哥猜”不同,谁都懂。
从来没有任何一道题目的表述如此简单,又艰难得令人发指,引无数英雄竞折腰。她的外表太具迷惑性了,看起来像懵懂少女,其实银家是大魔头。
半年前我偶然接触了“哥德巴赫猜想”,用函数、数列、集合等等方法也没把它奈何。至于筛选法与殆素数,是坚决不碰的。连登峰造极的陈景润先生都没有搞定,足以说明它们存在局限。
对于证明“哥猜”,世界数学界的态度是这样:
必须有新的工具或者理论出现。
中国数学界的态度是这样:
靠初等方法或者一点点的高等数学去解开它,好比手持弓箭参与海湾战争,手持斧锯造航天飞机。
我认为第二条是普遍事实,却非绝对真理,组合数学的威力也很强大。
哈代曾经说过,凡重要定理的证明,一定要用复变函数,否则不足以彰显深刻。但高斯的素数定理,一百五十年后被塞尔伯格仅用初等方法就证明了,石破天惊!
不过,初等并不意味简单。
它往往更难,否则早该被发现了。
最近,“哥德巴赫猜想”又成了热门,我提一点不成熟的小建议。
曾经尝试了十几种不同的方法,最终却在同一个地方铩羽而归,逻辑循环!
比方说,推导眼看着一点点逼近了,最终却退回起点,逻辑并不支持你跨出关键的那一步。
假如一心证道的你听不懂,或者从来没有碰到过这种情况。那么,也许是一不小心成功了;也许,根本没摸着边。
回头再看这句话,大家是不是留下了深刻印象?
必须有新的工具或者理论出现!
靠纯粹的计算得出结论,仅仅区间内素数的数量、间距、分布等等,现有的数学工具就无法胜任。
看起来只是分解偶数,其实隐藏着一个又一个当下解决不了的秘密。例如互质约数去排除合数,还是可以计算出小范围的素数数量。
π(100)
=4-1+100-﹛[100/2] +[100/3] +[100/5] +[100/7] ﹜+﹛[100/2·3] +[100/2·5] +[100/2·7] +[100/3·5] +[100/3·7] +[100/5·7] ﹜-﹛[100/2·3·5] +[100/2·3·7] +[100/2·5·7] + [100/3·5·7] ﹜+[100/2·3·5·7]
=4-1+100-﹛50+33+20+14﹜+﹛16+10+7+6+4+2﹜-﹛3+2+1+0﹜+0
=4-1+100-117+45-6
=25
然而,数字稍微大一点点就进行不了。如N>300000,√N内的素数超过了一百,组合达到了惊人的复杂程度。
∑
=100+﹙100!/2!98!﹚+﹙100!/3!97!﹚+﹙100!/4!96!﹚+﹙100!/5!95!﹚+﹙100!/6!94!﹚+﹙100!/7!93!﹚……
=2^100-1
>10^30
超过了千亿亿亿,连银河系的黑板也不够书写。哈哈,用电脑吗?那我再弄个大点数字,保证死机。
要知道,你要证明的是无限!
既然计算不了,能不能依仗数理逻辑?
欧拉的版本被称为强巴,弱巴是“奇数可分解为三个素数之和”。
十九世纪,数学家们证明了弱巴对足够大的奇数成立。2013年,贺欧夫各特将下界降至约10^30。好哥们戴维用计算机验证了界下的奇数都符合,从而完成了弱巴的全部证明。
即,Q=p1+p2+p3,任意大于8的奇数可以分解为三奇素数之和。
例如,9=3+3+3,21=3+7+11……
从强巴推理出弱巴,只需要一步,给所有偶数加上3就可以了。倒过来却不行,证明不了任意奇数一定分解出3。
这是因与果的关系,好比“春种一粒粟,秋收万颗籽。”却不能以秋收万颗籽来证明春种了一粒粟,万一您酷爱种芝麻呢?
我创造了一些异想天开的方法,如“守株待兔”、“撒豆成兵”、“无限追逐”、“星际穿越”……
其中一个故事是这样的:
小学时个子矮,仰慕班上三位高挑靓丽的女生。观察后发现,三个女生中有一个长得快,一个中等,一个比较慢。那么,我只要刻苦锻炼长高,总可以追上其中一位做朋友,不必仰视。
逻辑上,真没毛病。
设大于5的任意偶数为2M,加3就变成了奇数,可以分解为三奇素数之和。
Q=p1+p2+p3中,最小的P1恒小于等于Q/3。
只要2M+3分解出了3,将得出2M=p2+p3,大功告成。假如p1>3,没关系,继续加5,加7,加11……
当所加的奇素数p逼近M时,p1依旧是小于等于﹙2M+M﹚/3=M的。
也就是说,最小的那位女生一定会在我达到M高度时,不高于M。在某一个美妙的时刻,我们将一样高。
即p=p1,得2M=p2+p3。
可一番计算之后,我悲哀地发现,当接近的一瞬间,她存在着突然变矮的可能,开一个大大的玩笑让你呕血三升。
童话里,越漂亮的女生越会骗人。这一张旧船票,登不上她的客船。
用身高做比喻,只是最简单的线性增长。当加入各种数学工具之后,仿佛形成了一个热闹的运动场,跑道上站满女生。
即使我的速度比她们快,也未必追到其中的任何一位牵手。因为没有理论可以精确预测她们出现的位置,知道的只是概率。
这场无限追逐的游戏,一次次从终点回到起点,无穷无尽的赛道正是逻辑在循环……
也就是说,当前的逻辑体系并不支持未经计算的步骤。概率倒是支持,却不能够精确定位。
哥德巴赫猜想是否可证?
歌德尔不完备定理指出,可证的一定是真的,但真的却不一定可证。
我觉得,一个万能的,可以实现无限自洽的系统,一定会存在无法由系统本身推导出来的盲点。
也许,“哥德巴赫猜想”就是。