传统方法是直接研究x_p这个函数。
但这个函数太复杂了。
素数定理告诉我们它在密度意义上像1lnn,但局部行为极其不规则。
而现在,他有了一个新思路。
不直接研究x_p,而是研究它的某种“变换”或“表示”。
在这个新表示中,问题变得更简单。
肖宿想到了傅里叶变换。
在信号处理中,时域复杂的信号可能在频域有简单表示。
对于素数特征函数,有没有类似的“频域”?
他回忆起素数定理的证明使用了复分析,特别是黎曼ζ函数。
ζ函数可以看作素数信息的一种“生成函数”或“变换”。
但ζ函数是复变函数,处理的是乘性结构,而孪生素数涉及的是加性结构(间隔为2)。
也许需要一个新的变换,同时编码乘性和加性信息?
肖宿尝试定义:
设f(s,t)=Σ_{n}x_p(n)?n^{―s}?e^{2πint}
这里s是复变量,来自ζ函数传统。t是实变量,来自傅里叶分析。
这个双重生成函数通过n^{―s}和e^{2πint},同时捕获了素数的乘性结构和加性位置信息。
对于固定的t,这类似于狄利克雷特征;对于固定的s,这类似于三角和。
孪生素数条件x_p(n)=x_p(n+2)=1可以尝试用这个双重生成函数表示吗?
肖宿计算了一会儿,发现表达式变得很复杂。
但有趣的是,当考虑关联函数时:
r(k)=lim_{n→∞}(1n)Σ_{n≤n}x_p(n)x_p(n+k)
如果这个极限存在,它应该可以通过f(s,t)在某种意义下表示。
哈代―李特尔伍德第二猜想本质上是对r(k)的渐近估计。
肖宿换了个方向。
回到陶哲轩提到的“低维结构”想法。
假设存在某个抽象的数学空间x,和一个映射φ整数→x,使得:
_c