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。
这一步的关键是选择权重w(p)使得Σ w(p) = —log c。
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”为所有满足p(p, p+2)=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。
通过计算,可以得到守恆量正比於n_{p} (1 1/(p—1)^2)的某种变形,而这个乘积正是孪生素数常数c!
由於c>0(约1.32),所以守恆量>0。
最后,由守恆量>0,结合第四步的结论,推出孪生素数对有无穷多。
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,以一种近乎直白的方式,在他面前呈现出了最本质、最简洁的模样。
东方的天际线开始泛出鱼肚白,几颗残星还在天幕上闪烁。
普林斯顿的校园笼罩在黎明前的静謐中,那些红砖建筑、那些哥德式尖顶、那些藏著无数数学秘密的办公室,都在晨光中渐渐显露出轮廓。
张益唐证明的是间隔小於7000万的素数对有无穷多,当时有人说,从7000万到2的距离,相比於从无穷到7000万的距离,是微不足道的。
现在,这“微不足道”的最后一步,也被走完了。
肖宿拿起手机,拍下了那六页笔记。
然后他给顾清尘发了条消息:
“顾叔叔,我想我找到路径了。”
发完消息,肖宿躺在床上,闭上眼睛。
困意终於涌了上来。