一个曾被遗弃的方法,重燃了证明黎曼假设的新希望?

作者: 佐佑

来源: 原理

发布日期: 2019-05-27

数学家们通过重新启用一种被“抛弃”的旧方法,为证明黎曼假设带来了新的进展。他们证明了Jensen多项式具有实根,这满足了证明黎曼假设所需的大部分条件,为黎曼假设的正确性提供了新的证据。

黎曼假设是数学中最令人费解的问题之一。1859年,德国数学家波恩哈德·黎曼在一篇论文中首次提出了这一假设,其终极目标是想要解开质数之谜。质数的神秘之处就在于,我们无法从根本上理解它们在数轴上的分布,因此我们很难预测每个质数会落在数轴上的什么位置。这是一个困难重重而又极具意义的问题,克雷数学研究所将它列为千禧年大奖的七大难题之一。

黎曼假设的核心是黎曼ζ函数。黎曼注意到,质数沿数轴的分布,与黎曼ζ函数中函数值为0点密切相关。他意识到,如果黎曼ζ函数满足一定条件,就能揭示出一些质数的秘密,比如可以得出在一个给定数值之下存在多少个质数。最近,数学家Michael Griffin、Ken Ono、Larry Rolen、Don Zagier通过使用一种本已被“抛弃”的陈旧方法,为证明黎曼假设带来了新的进展。

这种被重新启用的方法可以追溯到数学家约翰·延森和乔治·波利亚的工作,他们为了能证实黎曼假设而制定了一个标准。利用黎曼ζ函数,我们可以构造一个无限的数学函数族,也就是所谓的Jensen多项式。Jensen多项式或许能成为解开黎曼假设的关键,它们是种复函数。但是,如果谁可以证明让Jensen多项式为0的值都是实数的话,那么就自动证明了黎曼假设为真。但问题在于,Jensen多项式有无穷多个。

在过去的90多年里,这一研究方向进展缓慢,只有一小部分Jensen多项式被证明是具有实根的。这使得数学家们在众多攻克黎曼假设的策略中,渐渐地淘汰掉了Jensen多项式,认为它是一种太慢、太笨的办法。

然而,这次新的突破就是在研究Jensen多项式的表达式时所获得的。几位数学家证明,许多Jensen多项式的确是有实根的,这满足了证明黎曼假设所需的大部分条件。他们将这一成果发表在了5月21日的《美国国家科学院院刊》上。这一想法的灵感源自于两年前,当时为了庆祝Zagier的生日,Ono为他准备了一个“玩具问题”作为礼物。

Zagier将这个礼物描述为“一个关于涉及到欧拉配分函数的多项式的渐近性的可爱问题,是我和Ken(Ono)的一个心头爱,也是几乎所有经典数论学家的心头爱。”后来Ono回忆说,他原本认为这个问题很难解决,所以根本不期待Zagier能在这个问题上作出什么进展。但没想到Zagier认为这是一个非常有趣的挑战,很快就想出了一个解决方案。而Ono的直觉让他敏锐的察觉到,这个解决方案可以变成一个更普遍的理论。

于是,最终便有了这篇新的论文。

从一定程度上看,新的结果似乎进一步支持了数学家们对黎曼假设的普遍认识,即黎曼假设是正确的,它为黎曼假设的正确性提供了新的证据。如果最终我们可以证明黎曼假设是完全正确的,那么它将不仅仅揭开了质数的谜题,而且还能即刻证实许多以黎曼假设正确为前提的数学思想。

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