“孪生素数猜想”——中国数学家张益唐的突破性成果及其简单推论

（专家：文达，原City University of New York数学教授，科普中国微平台原创首发）

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甚麽是素数？素数又叫做质数，是这样一些正整数（即自然数），除了1和它自身，没有任何其它整数能整除它。例如：2，3，5，7，11，13，17，......,83，89，97，......等等都是素数（为了任意正整数因数分解的唯一性，数学界规定1不是素数）。

两千多年前的欧基里德，已经证明了素数有无穷多。人们最近发现的已知最大素数是2^74207281-1(即2的74207281次方再减去一，如果写成十进数字，有2230多万位）。人们之所以重视研究素数，是因为任何自然数（正整数）都可表示成素数或若干个其它素数的乘积，即素数是构成自然数的基石。例如，100=2X2X5X5，105=3X5X7，等等。

孪生素数，就是相差刚好等于二的相邻的一对素数。例如，3和5，5和7，11和13，41和43，59，61等等，都是孪生素数。较大的孪生素数对：（7559，7561），（9767，9769）等等。目前发现的最大孪生素数对是：2003663613X2^195000-1和2003663613X2^195000+1。

孪生素数猜想，就是猜想孪生素数有无穷多对。数论中凡是涉及无穷的论断，都需要用数学方法从理论上证明，不能用实际计算去验证，也不能用超级计算机去验证。孪生素数猜想，和哥德巴哈猜想一样，都是数论的著名难题，经过很多数学家多年的努力，还未得到解决。

值得高兴的是，中国旅美数学家张益唐，2014年在美国《数学年刊》上，发表了一篇论文，震惊了世界，论文的最后结论（通过简单的推论及后续的发展）是：如果把孪生素数定义中：相邻的一对素数相差等于2，更改为相邻的一的对素数相差等于常数C（C是大于或等于2，而小于或等于600的偶数），则孪生素数猜想成立。

为了更清楚解释上述结论，我们引入一些简单符号：把所有素数由小到大排成数列：2，3，5，7，11，......，令P1=2，P2=3，P3=5，P4=7，P5=11，.....P24=89，P25=97，......，Pn=第n个素数，....用{Pn}表示素数数列。则{Pn}={2，3，5，7，11，13，17，19，23，29，......,59,61,......,89,97,101,103,......,7559,7561,......,9767,9769,......}

现在由素数数列{Pn}构造一个新的数列：从第2项起，每一项与前一项在作成差：P2-P1，P3-P2，P4-P3，......，Pn+1-Pn，......，则{(Pn+1-Pn)}是新的无穷数列，则{（Pn+1-Pn）}={1，2，2，4，2，4，2，4，6，2，6，4，2，......，2，......}.最后，还要引进无穷数列中的无穷子数列概念。例如：自然数列N={1，2，3，4，5，......23，24，25，.....，99，100，101，.....，1000，......，100000，......}，它的所有奇数组成的数列{1，3，5，7，9，11，13，......101，103，......},就是自然数数列N的无穷子数列。

总而言之，孪生素数猜想就是猜想无穷数列{（Pn+1-Pn）}={1，2，2，4，2，4，2，4，6，2，6，4，2，......，2，......}之中，存在着无穷子数列：{2，2，2，......，2，2，2，.....}(每一项都是2）

而张益唐得到的成果是无穷数列{（Pn+1-Pn）}={1，2，2，4，2，4，2，4，6，2，6，4，2，......，2，......}之中，存在着无穷子数列：{C，C，C，......，C，C，C，......}(每一项都是C是大于或等于2，而小于或等于600的偶数）。

编辑：何郑燕