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导读
黎曼是在什么意义上,算出了全体自然数的和等于-1/12?
本文为黎曼猜想系列之三,黎曼猜想(一)见黎曼猜想(一)每出现一个数学公式,就会吓跑一半观众?如何打破“跳蚤效应” | 科技袁人,黎曼猜想(二)见黎曼猜想(二)两个自然数互质的概率是多少?我不仅算起黎曼猜想,还写了个程序 | 科技袁人
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西瓜视频:
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本视频发布于2021年12月3日,观看量已超24万
精彩呈现:
在前两期节目中,我们介绍了黎曼猜想的背景,即质数分布问题,以及研究质数分布的基本工具,即欧拉乘积公式。到目前为止,我们讲的都是欧拉的工作,正主黎曼还没出来呢!
那么黎曼究竟做了些什么呢?黎曼做了很多事情,他的基本目标就是对质数的分布获得一个明确的表达式。在这个过程中他做出了一个著名的猜想,就是黎曼猜想。与此同时,他的推导过程有一个副产品也变得非常著名,在普通公众中的名气甚至比黎曼猜想还要大得多。这个副产品是什么呢?就是下面这个式子:
全体自然数的和等于-1/12,你八成听说过这个说法,对不对?!
实际上,我的不少朋友不但是听说过这个说法,而且是真的相信了,真的是按照字面上理解这个说法。这样一来,就造成了严重的矛盾:自然数依次相加,不是应该越来越大,超过任何限制吗?怎么可能得到一个有限的值?更不可思议的是,怎么还能得到一个负值?正数加正数只可能得到正数,怎么会变成负数?
按照这样想下去,就越想越可怕了。难道常识都是靠不住的?难道数学是一门违反常识的学科?难道数学家是一群阴谋家,他们向大众隐瞒了许多可怕的秘密?……
更加令公众恐慌的的是,还有不少所谓的科普节目沿着这个调调搞了不少大新闻。他们典型的说法就像这样:
“这个计算是数学中隐藏得最好的秘密之一,数学家之外没人知道这件事。”
“这是一个惊悚的结果。”
“这确实有悖常识,因为你内心总想让这个序列停下来,而一旦序列停止,你就再也没法理解这个结果。”
“在数轴的无穷远处,蕴藏着崭新的数学体系等待我们建立。”……
于是乎,我的不少朋友就来忧心忡忡地问我。用他们的话说,简直是世界观都要崩溃了!
好吧,我们就借这个机会,向大家讲清楚这个所谓“全体自然数的和等于-1/12”是怎么回事。还有许多跟它类似的说法,例如所谓“无穷多个1加起来等于-1/2”,“全体自然数的平方和等于0”,都是同样的道理,我们顺便可以一网打尽。
首先,来告诉大家基本的答案:你的常识是正确的,这些说法都是错误的。数学并没有推翻常识。数学家也不是阴谋家,数学家没有向你隐瞒任何东西。你完全不需要害怕,完全可以保全你的世界观和安全感。
然后,这些说法虽然是错误的,但也并不是毫无意义的胡说八道。只要改造一下,它们都可以变成有意义的。正如那句俗话所说:我觉得我还可以再抢救一下!
抢救什么呢?就是抢救这些说法中的“和”的定义。也就是说,如果按照最基本的加和方法,1加2等于3,3加4等于7等等,那么这些说法都是胡扯。但如果定义一些其他的加和方法,那么这些说法可以变成正确的。
下面,我们就来讲黎曼是在什么意义上,算出了全体自然数的和等于-1/12。
在前两期中,我们已经讲过,研究质数分布的基本出发点是欧拉乘积公式:
这个公式左边的n指的是所有的自然数,1、2、3、4、5等等,右边的p指的是所有的质数,2、3、5、7、11等等。公式两端都出现的s是一个变量,当且仅当s