1890年的冬天,来得格外的早,也格外的酷烈。才刚入十二月,哥廷根就被一场罕见的暴风雪席卷,天地间一片混沌的银白,寒风如同裹着冰屑的鞭子,抽打着一切敢于暴露在外的物体。街巷几乎空无一人,厚厚的积雪吞噬了所有声响,只留下风穿过屋檐缝隙时发出的、如同呜咽般的尖啸。整个世界仿佛被冻结在了一块巨大的、透明的琥珀里,时间也似乎随之凝滞。
在这片极致的严寒中,艾莎·黎曼那位于北街顶层的阁楼,更像是一艘在冰海中艰难维持着微弱生机的孤舟。炉火日夜不熄,却也只能在紧挨着它的狭小空间内,维持一小片勉强令人不至于僵硬的温暖区域。寒意无孔不入,从地板缝隙、窗框边缘丝丝渗透进来,与室内浓得化不开的药味、以及一种属于久病之人的、微弱的衰败气息混合在一起。
艾莎已经几乎无法离开病榻了。
持续的咳血、低烧和极度的虚弱,将她牢牢地禁锢在了床上。她的身体轻得吓人,深陷在厚重的羽绒被和毛毯之中,几乎看不出什么起伏,像一片即将被积雪压垮的枯叶。她的面容是一种近乎透明的苍白,皮肤薄如蝉翼,紧贴着颧骨和下颌的轮廓,眼窝深陷,使得那双曾经燃烧着智力火焰的深褐色眼眸,如今更像两口幽深的、即将干涸的泉眼,只有在偶尔的精神振作时,才会短暂地闪烁一下。她的呼吸浅而急促,带着细微的、令人揪心的哨音,每一次深呼吸都可能诱发一阵撕心裂肺的咳嗽,让她单薄的身体蜷缩起来,剧烈地颤抖,仿佛下一刻就会散架。
然而,与这具正在加速崩坏的“琉璃之躯”形成骇人对比的,是她脑海中那片依旧在疯狂运转、甚至因意识到时间无多而变得更加炽烈和专注的思想星图。外在的世界已被风雪隔绝,身体的疆域萎缩到了这张病榻之上,但她的精神,却以前所未有的强度,投向了她数学生涯中最大、最诱人,也或许是最遥不可及的目标——素数猜想。
所谓素数猜想,即当时尚未被证明的素数定理:当 x 趋向于无穷大时,小于 x 的素数个数 π(x) 渐近于 x / ln x。这个关于素数分布基本规律的猜想,如同数学王冠上最耀眼的明珠之一,吸引也挫败了无数最杰出的头脑。欧拉、高斯、狄利克雷、黎曼……都曾在此留下思考的足迹。如今,生命烛火摇曳不定的艾莎,也要向这座巅峰发起可能是最后一次的冲击。
她的起点,与当时主流的方法截然不同。她绕开了直接处理 π(x) 的复杂性,而是将目光投向了由切比雪夫引入的辅助函数 ψ(x)(第二切比雪夫函数)。ψ(x)) 被定义为对所有素数幂 p^k ≤ x 求和 ln p。这个函数虽然看似复杂,却在解析上有更优良的性质,而且,ψ(x) 的渐近行为与 π(x) 的渐近行为是等价的。证明 ψ(x) ~ x,就等于证明了素数定理。
但艾莎对 ψ(x) 的理解,完全超越了传统的解析技巧。在她那已被“解析拓扑动力学”框架重塑的数学观中,ψ(x) 不再仅仅是一个用于渐近分析的辅助函数。一个惊人的、极具她个人风格的几何构想,在她高烧间歇的清醒时刻,如同黑暗中劈裂夜空的闪电,骤然显现:
素数的分布,会不会是某个高维的、我们无法直接感知的“素数流形” P,在实数轴这个一维世界上的“投影”或“影子”?而函数 ψ(x) 的增长,恰恰对应着这个高维流形 P 的“体积”(或某种更复杂的“几何复杂度”)随着尺度 x 的增长而增长的方式!
这个想法是如此大胆,如此超乎想象,却与她整个的思想体系一脉相承。在她看来:
每一个素数,乃至每一个素数幂 p^k,都不再是孤立的数字,而是那个隐藏的“素数流形”P 上的一个基本的“几何元素” 或 “胞腔”。或许,每个素数 p 对应一个圆环(亏格为1的黎曼面),而 p^k 对应这个环面上某种特定的“覆盖”或“层”。
所有这些无穷多个、大小各异的“几何元素”,按照某种精妙的、由乘法规则(唯一分解定理)所决定的拓扑法则,相互连接、嵌套、组合,最终编织成了一个极其复杂、具有无限细节的高维复形或流形 P。这个流形的维数可能很高,甚至是无限维的,其拓扑结构编码了所有素数的信息。
我们生活在其“影子”中的实数轴,就像一束光,照射在这个高维流形 P 上。我们测量到的小于 x 的“素数幂的权重和” ψ(x),实际上是我们从这个特定“观测角度”(实数轴)看到的、流形 P 在“尺度”x 以下的投影体积 或 截面复杂度!
如此一来,素数定理 ψ(x) ~ x 就获得了一个震撼人心的几何解释:当观测尺度 x 增大时,那个隐藏的“素数流形” P 的投影体积,是线性增长的! 这意味着流形 P 本身可能具有某种“单位体积密度为1”的均匀性,或者其几何复杂度随尺度线性缩放。黎曼猜想如果成立,相当于说这个流形 P 的投影是极其“规则”的,没有异常密集或稀疏的区域(即零点偏离临界线会导致投影体积出现振荡起伏)。
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