数学王子高斯有一句名言:“数学是科学的女王”;他又讲:“数论是数学的王冠”。俄国数学家辛钦曾经评论说,哥德巴赫猜想是王冠上的一颗明珠。当然,这个王冠上可能还有其它明珠。 哥德巴赫并不是职业数学家,而是一个喜欢研究数学的富家子弟。他于1690年生于德国哥尼斯堡,受过很好的教育。哥德巴赫喜欢到处旅游,结交数学家,然后跟他们通讯。1742年,他在给好友欧拉的一封信里陈述了他著名的猜想――哥德巴赫猜想。欧拉在回信中说,他相信这个猜想是正确的,虽然他不能给出证明。
用当代语言来叙述,哥德巴赫猜想有两个内容,第一部分叫做奇数的猜想,第二部分叫做偶数的猜想。奇数的猜想指出,任何一个大于等于7的奇数都是三个素数的和。偶数的猜想是说,大于等于4的偶数一定是两个素数的和。
任何人看了这个猜想之后,都能发现这是一个漂亮的猜想。本人认为,一个好的猜想应该具备以下四个条件。第一,它的表述应该很简单,大凡智力正常的人一听就能明白。我相信,小学四、五年级的学生都能明白哥德巴赫猜想的内容。第二个条件,虽然表述很简单,但是这个猜想的证明断然不能简单。第三点,一旦有了证明,这个证明一定是出人意料的。一个好的猜想的证明一定是有趣的,绝对不能像愚公移山一样,天天重复同样枯燥的工作,重复了上万年,才取得成功。第四点,这个猜想绝对不能是孤立的,任何孤立的猜想在数学中都没有太大的意义。一个好的猜想的研究应该可以提升到人类文化史的高度上来看,能够带动其它相关领域,甚至是数学以外的学科的发展。具备上面这四点,那就是一个伟大的猜想。我个人认为,哥德巴赫猜想就具备以上这四个条件。
给定一个猜想,人们可以用各种各样的方法进行研究。譬如,对于哥德巴赫猜想,有人可能用数手指头的方法来研究,这人可能是小学生。有人想用打算盘的方法来研究,那这人可能是一个小店的会计兼出纳。真正研究这个猜想,则需要可以看出数学的特性――数学是在所有科学当中唯一能够处理无穷的学科。我们不能用做实验的方法来研究哥德巴赫猜想。计算机算得再快,也只能在有限时间内算有限个数;然而,遗憾的是,奇数和偶数都有无穷多个。所以,这个猜想让迷信实验的人非常沮丧。不过,在最好的计算机所能算到的范围之内,哥德巴赫猜想全是对的。
相对来讲,奇数的猜想比较容易,因为它是偶数的猜想的推论。如果每个大偶数都能写成两个素数之和,那么我们就能够证明任何大奇数都是三个素数之和,因为任何奇数减去3都是一个偶数。 关于哥德巴赫猜想的研究,历史上第一个重要文献是哈代和李特伍德1921年的伟大论文,在这篇长达70页的文章里,他们提出了圆法。哈代在英国皇家学会演讲时说:“我和李特伍德的工作是历史上第一次严肃地研究哥德巴赫猜想”,虽然此前很多有名的数学家都研究过这个猜想,甚至有人宣布证明了猜想。然而,哈代和李特伍德对奇数猜想的证明依赖于一个条件――广义黎曼猜想――这个猜想到现在也未被证明。在英国人看来,哈代重振了牛顿以后的英国分析。
1937年,俄国数学家维诺格拉朵夫(I.M.Vinogradov)无条件地基本证明了奇数的哥德巴赫猜想。维诺格拉朵夫定理指出,任何充分大的奇数都能写成三个素数之和。也就是说,在数轴上取一个大数,从这个数往后看,哥德巴赫猜想都对;在这个数前面的奇数,需要用手或计算机来验证。然而,至今计算机还未能触及那个大数。
维诺格拉朵夫的证明发表之后,又出现了几个新证明。这些证明既简洁,又提供了完全不同的方法。在这些新证明中,有三个特别应该强调的:一个是俄国数学家林尼克(Yu.V.Linnik)的,再一个是潘承洞先生的;还有英国数学家沃恩(R.C.Vaughan)的。在相当长的一个阶段内,人们认为林尼克是离哥德巴赫猜想很近的人,他对哥德巴赫猜想进行了深入的研究。与此同时,他还是一个很好的数理统计学家。
很遗憾,偶数的哥德巴赫猜想到现在都没有得到证明。但是,数学家们从各个方向逼近这个猜想,并且取得了辉煌的成就。其中,命题(1+2)的证明是陈景润先生完成的。 中国科技信息研究所加工整理 20030211
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