哈洛德?贺欧夫各特:彻底证明弱哥德巴赫猜想(二)( 三 )
当然,这两个层次之间还有一层,就是面对科学家和工程师的 。数学是他们重要的工具,但不是他们研究的领域 。他们明白更多的概念,所以说明可以更深入 。
问:您认为职业数学家在数学科普中可以起到什么样的作用?
答:在我刚才说到的三种数学普及中,职业数学家更适合做中高层次的数学普及 。已经有不少人在做面向大众的普及,而且都做得不错 。但中高层次做的人很少 。我自己也在做一些这方面的东西,比如之前说的去世界各地讲课 。我还有个数学博客,但几乎没什么内容,因为我最近忙着做论文 。不过,过些时间我会写一篇有关弱哥德巴赫猜想的博文,大概工程师的水平就能看懂,敬请期待 。
以下进入专业一些的内容,不过,也推荐大家一读 。用哈洛德的话说是“虽然有点难,但是我觉得还是挺有趣的 。”
问:您的证明是基于圆法的改进,您的方法能用到别的解析数论问题上吗?
答:为了降低常数,我对现有的技巧进行了很多改良 。虽然很多改良都是针对弱哥德巴赫猜想这个特殊问题的,但也有一些可以应用到更广泛的解析数论的问题上 。其实我认为有几个技巧甚至可以在解析数论以外的纯数学领域,甚至应用数学中找到应用 。
在证明当中,我需要找到某种“平滑化”的手段,这涉及到某些积分 。你要算一个无限求和的上下界,你不想搞突然截断,舍弃某一项之后的所有东西,你更希望这些项会慢慢变小,“软着陆”,这种技巧叫平滑化 。
关于这一点,有个很有趣的故事 。在哈代他们的证明里用到了无限求和的平滑化,但维诺格拉多夫的证明就搞的突然截断,而自此之后的大部分相关工作都没有用过平滑化,不过Ramaré和陶哲轩的工作就重新用了平滑化 。
在解析数论中这种技术上的“倒退”,就好像当年罗马帝国崩溃之后,人们就忘记怎么造水泥了 。就像这样,上一代的数学家好像忘却了平滑化,五十年代人们还在用,六十年代就没人用了 。当然,这也要看情况 。不过一般来说,还是平滑化的好 。
但问题是,用哪种平滑化呢?Ramaré和陶哲轩用到了指数衰减的平滑化 。虽然指数衰减用起来很便利,但是还不够平滑和缓 。他们的平滑化其实还不错,但我觉得还不够好,所以我就开始自己开发新的技术 。我用高斯函数代替了指数衰减,因为高斯函数更加光滑,下降得也更加快 。
下面我讲一下技术细节,虽然有点难,但是我觉得还是挺有趣的 。
指数衰减其实真的很好搞,因为实际上它与各种变换有很大的关系,比如说傅立叶变换和梅林变换,而我们对这些变换研究得很深入 。但对于高斯函数,人们知道其中一些结论,也知道它跟三角函数有些联系 。你可能觉得大家已经对这个高斯函数比较熟悉,但事实不是这样,在解析数论里,很少有人用到高斯函数的平滑化,所以有关的常数之类的东西还没人算出来过 。反而在应用数学里,因为经常用到高斯函数,反而搞应用数学的人知道得更多 。
在解析数论中,我们常常用到所谓的梅林变换,我觉得用到梅林变换的人之中有一半都是搞解析数论的 。但梅林变换其实就是拉普拉斯变换的另一种写法 。如果我们考虑高斯函数与三角函数乘积的梅林变换,我们会得到所谓的“抛物圆柱函数” 。其实一年前我还不知道这个函数叫啥,但貌似物理学家和工程师是这么叫的 。他们用这个函数用得不少,但对它的了解却不太透彻 。我们知道一些渐近估计,但没有明确的常数,也没有明确的误差项 。
所以我必须自己来搞清楚这些东西,我花了一个半月的时间 。因为我平时不搞这个领域,当然比专精的人要慢些 。我把这方面的结果都写进论文里了,我觉得这些结果对于工程师和物理学家来说可能会有用,他们可能还会推进这些结果 。结果还得走着瞧,不过我觉得这是个很好的例子,说明数论工作也可能有实际应用,因为在数论研究中,我们需要改进各种工具,而这些工具不一定是数论专用的,可能在别的数学领域中也会用到 。
问:您与合作者在证明中用到了计算机,具体是怎么用的呢?
答:我和我的合作者David Platt写了篇小文章,讲的就是用“素数天梯”的方法来验证弱哥德巴赫猜想到大概10的30次方 。这个计算并不是很难,我们在地下室机房利用空闲时间算了几个星期 。其实随便哪位爱好者有心的话,自己在家算几个月也能大概验证到10的29次方 。这段计算其实小菜一碟 。因为我希望留点余地,以免论文中有什么计算出错,所以验证到了比较高的10的30次方 。
