素数——只能被1和它本身整除的数,例如5、11或37——就像数学中的原子:所有数都是通过将这些基本构件相乘而形成的。
但是,当你在一个素数上加上一个数时会发生什么?和会是素数吗?反之,一个数是素数的和吗?数学家们几个世纪以来一直在努力回答这些基本问题,并且在五月的一天,两位数学家终于找到了这两个问题的诱人部分答案。
要想象第一个问题的答案,可以先将数字2加到一个素数上。当和也是素数时,这对数被称为“孪生素数”,例如5和7。随着数字变大,素数变得越来越稀少;你可能会期望它们之间的间隔也越来越大,以至于根本不会出现非常大的孪生素数。
然而,著名的但未经证实的“孪生素数猜想”指出,存在无穷多个相差2的素数——无论你数到多高,你都不会耗尽孪生素数。一个相关的、更一般的猜想表明,也存在无穷多对相差4、6或任何偶数的素数。
但直到5月13日,这都只是一个猜想。当时,一位鲜为人知的数学家,来自新罕布什尔大学的Yitang Zhang,在孪生素数猜想上取得了重大进展。在哈佛的一次演讲中,他展示了一个对相关、更一般猜想的证明,即随着素数趋于无穷大,它们之间的间隔——反直觉地——并不总是随之增大:无论素数变得多大,你总会发现它们之间相差不超过7000万。
诚然,7000万比2大得多,所以孪生素数猜想仍未解决。但张首次证明了一个必要(且极其困难)的第一步——即连续素数之间的间隔不会趋于无穷大。
就在张从默默无闻到揭示他惊人的证明的同一天,巴黎高等师范学院的Harald Helfgott攻克了另一个著名的棘手素数问题——这是哥德巴赫猜想的一个变体,该猜想声称任何大于2的偶数都是两个素数的和。(例如:16 = 5 + 11。)
相反,Helfgott发布了一个“奇数哥德巴赫猜想”的证明,该猜想声称任何大于5的奇数都是三个素数的和。(19 = 3 + 5 + 11。)这是朝着正确方向迈出的一大步,因为完整的哥德巴赫猜想包含了奇数版本:只需取你的奇数(比如19),减去素数3(现在得到16),然后将哥德巴赫猜想应用于所得的偶数。(16 = 5 + 11。)
虽然Helfgott的证明并未解决被认为更难的完整猜想,但它照亮了素数之间错综复杂的联系。现在,完整的猜想以及张近乎(但尚未完全)证明的孪生素数猜想,仍然是未来数学家们垂涎欲滴的巨大挑战。















