Un caso con el que me he obsesionado personalmente son los problemas de Landau: cuatro conjeturas de la teoría de números que Edmund Landau afirmó que eran “inatacables en el estado actual de la ciencia” hace 102 años. Una de ellas, la conjetura de Legendre, no ha sido “probada” desde la Revolución Francesa. Los cuatro son verdaderos basados en el peso de enormes cantidades de evidencia. Sin embargo, para los teóricos de los números, la evidencia empírica y una hipótesis no son más que una corazonada. Estas cuatro conjeturas están en la categoría de no probadas de no probadas , y podrían permanecer allí por infinito empleando muchos matemáticos capaces.
¿Cuál es el problema? Por un lado, los matemáticos académicos se preocupan por el infinito, y una prueba debe ser determinísticamente fiel al infinito. Tales pruebas son extremadamente escurridizas, si no imposibles, para cualquier conjetura que dependa de la distribución de números primos que esté más estrictamente definida que asintóticamente . Debido a que los matemáticos académicos no tienen conocimiento determinista sobre los números primos, el Teorema de los números primos, también llamado la “ley asintótica de la distribución de los números primos” es lo mejor que pueden hacer: una tendencia probada pero aún probabilística, y, sinceramente, no que interesante. (A pesar de la enorme cantidad de atención que recibe la Hipótesis de Riemann, es esencialmente geek. Tengo entendido que no hará más que refinar el PNT).
Sin embargo, sabemos, desde los primeros principios de conteo, que cada número primo es responsable simplemente por las reglas de la aritmética. A los matemáticos nunca se les otorgará el poder computacional para aplicar esas reglas de la aritmética al infinito , ¡o incluso cerca! Por lo tanto, tienen la teoría de los números: una colección de “trucos de magia” que permiten a los matemáticos manipular y comprender números grandes con mayor facilidad. Sin embargo, parece haber una cosa crítica que falta en esa caja de trucos : un medio para relacionar el crecimiento cuadrático de los números cuadrados con el crecimiento asintótico de los números primos.
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Aquí está mi tesis en miniatura. A partir de hace aproximadamente 150 años, las matemáticas académicas comenzaron a perder contacto con los principios básicos de la Infinitud de los Primes y el Teorema Fundamental de la Aritmética por falta de cosas que hacer. Casi al mismo tiempo, algunos problemas clásicos pasados por alto también volvieron a surgir, como la observación de primos gemelos.
Estos problemas quedaron atrapados entre el universo ordinal de Euler y el universo cardinal de Cantor. (Luego agregue a eso los universos paralelos de números y planos complejos, combinatoria y topología, probabilidad y estadística, lógica informática y álgebra, y eso es solo el comienzo: toda la panoplia de las ciencias matemáticas).
Sugiero que los problemas de Landau son realmente un problema. La incapacidad de llamarlos demostrados con el estándar actual de rigor académico, a pesar de su evidente y abrumadora probabilidad de ser verdad, se debe a lo siguiente:
1. Se han mantenido durante más de un siglo, por lo que se supone que deben ser intratables.
2. No son asignaturas particularmente atractivas para los matemáticos académicos (especialmente si sacar el cuello puede resultar en ridículo).
3. No son accesibles para la alquimia estándar de la teoría de números.
Agrego a estas otras dos razones de la variedad de chistes cósmicos:
4. Uno de estos es posiblemente demostrable por aritmética o geometría sin necesidad de conceptos o técnicas avanzadas. * *
5. Uno de estos no necesita ser probado como verdadero. (De hecho, tiene que ser falso). *
Esto ha creado un logjam. Mientras que otras ciencias buscan conexiones entre los fenómenos naturales, el matemático académico está adoptando el atomismo: el equivalente moderno de “cuántos ángeles pueden bailar a través del ojo de una aguja”. El pensamiento atómico y lineal está bien, si hay autenticidad (e incluso originalidad) allí . Para mí, hay formas más interesantes de entender los números naturales que el modelo clásico en el que marchan, como pequeños soldados de hojalata, hasta el infinito en una línea. Mi modelo mental es la ciclicidad alrededor de una columna vertebral geométrica. (Ver NumberSpiral.com – Inicio.)
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* Me refiero al mismo problema: la conjetura de Legendre. Es clara y demostrablemente cierto, y lo ha sido desde la época en que vivieron Legendre y Euler.
(Wikipedia dice, de hecho, sin ironía y sin atribución: “un contraejemplo cercano a 10 ^ 18 requeriría una brecha principal cincuenta millones de veces el tamaño de la brecha promedio”.
Tal contraejemplo nunca se encontrará. Si se encontrara, hasta donde puedo entender, el Teorema del número primo, ipso facto, se demostraría falso.
En realidad, el número de números primos entre cuadrados perfectos aumenta de forma indefinida y absoluta, como un reloj, con perturbaciones menores que nunca exceden un límite de error conocido porque el crecimiento cuadrático de los números cuadrados “más que niega” la disminución de la densidad de números primos.
El recuento primo real por intervalo cuadrático versus la “línea asintótica”.
La desviación entre el recuento real y el derivado de registro para cada intervalo.
Debido a que los otros tres problemas de Landau están estrechamente relacionados con este, si este cae, es decir, está sellado con un sello creíble de prueba, los otros, más difíciles, se vuelven menos intimidantes y más vulnerables a los ataques (jerga académica de matemáticas para ser demostrable).
Una respuesta común que hará un matemático cuando se le presenten los hechos de la conjetura de Legendre es algo como esto: el PNT no puede usarse para probar la conjetura de Legendre porque el PNT es una ley asintótica que es un límite discreto aplicado a todos los números menos que un valor dado en particular de N y no a N ^ 2 y (N + 1) ^ 2 específicos.
Personalmente, no me quedaré despierto por la noche preocupándome por la posibilidad teórica de que el vasto mar de la ley asintótica de la distribución de números primos se dividirá, de manera milagrosa, para permitir que un espacio cuadrado de gran magnitud esté libre de primos. (“Simplemente no va a suceder”)
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El hecho histórico e irónico es que Legendre, él mismo, fue la primera persona en conjeturar el tamaño de la función de conteo primo, en 1798 para ser exactos. (Hubo una revolución, pero encontró tiempo.) Para citar de Prime Pages: “La constante 1.08366 se basó en su tabla limitada para valores de Π (x) (que solo fue a x = 400,000). la ejecución 1 es una mejor opción … “(Esta cita en realidad no le hace justicia a Legendre, pero no me desviaré).
Esta es, de hecho, la conjetura por la que Legendre debe ser recordado. Y el límite que se le ocurrió aumenta mi respeto aún más. ¿Podría la misma persona que descubrió algo que precozmente y con tanta precisión en realidad ha declarado la conjetura trillada que se convirtió en uno de los problemas de Landau?
No es necesario embarcarse en el viaje al infinito, porque la aritmética no cambia con la magnitud. El crecimiento del recuento principal continúa aumentando hasta el infinito si el PNT continúa hasta el infinito. Si uno es verdadero, el otro también lo es. El delta entre la función de conteo de primos sin refinar y los datos de conteo de primos reales es tan pequeño que niega la posibilidad de que su desviación pueda acercarse a desafiar la conjetura de Legendre. De hecho, incluso entretener la posibilidad teórica de que esto ocurra requiere el repudio de no uno sino dos principios fundamentales de la ciencia matemática:
– La evidencia: son los datos conocidos y observables.
– La teoría: ese es el teorema de los números primos.
Lógicamente, por lo tanto, uno podría sostener que la conjetura de Legendre no requiere su propia prueba.
Una pequeña trama de la primera expansión temprana.
La linealidad del patrón de crecimiento para el recuento primo y el tamaño del intervalo.
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Sin embargo, para ser lo más claro posible, creo sinceramente que existe la realidad de una prueba estadística hipotética-deductiva y la alta probabilidad de una prueba aritmética (basada en la aplicación de la función del producto de Euler) y una geométrica (basada en el conservación de la simetría de los objetos a medida que crecen).
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Una prueba estadística funciona más o menos así:
Considere la brecha, o intervalo, entre dos números cuadrados, X ^ 2 y (X + 1) ^ 2 estrictamente como excluyendo los puntos finales (es decir, los números cuadrados mismos). No hay casos en los que el recuento primo único sea inferior a dos.
El teorema del número primo establece que X / log (X) es una buena aproximación de la función de conteo primo. Esto puede ser refinado por varios métodos. Sin embargo, incluso en su estado más no refinado, para números mayores que 10 ^ 10, los términos de error son pequeños en comparación con la relación de primos a todos los enteros.
Dada la verdad del teorema de los números primos, sabemos que la siguiente fórmula muestra que el recuento primo, dentro de un término de error, aumenta en intervalos cuadráticos sucesivos hasta el infinito si PNT es correcto.
[matemáticas] ((n + 1) ^ 2 / log ((n + 1) ^ 2)) – (n ^ 2 / log (n ^ 2)) [/ matemáticas]
Esto no es un tema de disputa. El crecimiento absoluto del recuento primo continuará si conecta cualquier número para el que sea computacionalmente posible usar el logaritmo natural.
Aquí están mis estadísticas para algunos órdenes de magnitud con los recuentos primos reales. (No puedo encontrar una buena fuente en línea, pero si encuentra una, hágamelo saber).
No es necesario invocar la hipótesis de Riemann para refinar el término de error. porque el crecimiento del número primo lo eclipsa. Para números “pequeños”, los datos computarizados empíricos son pan comido (cualquier programa pequeño puede generar datos de hasta 10 ^ 8 muy rápidamente). Para números más grandes, podemos usar datos que usen potencia computacional sin procesar de hasta 10 ^ 25 en la actualidad. Más allá de esto, tenemos pruebas rigurosas que utilizan la continuación analítica sin la HR.
El término de error real es mucho más pequeño que cualquier desviación que pueda negar el efecto del crecimiento cuadrático.
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¡Las pruebas aritméticas y geométricas llegaré en otro momento!