记 为第
个素数和第
个素数之差。数列
和素数数列一样有很多有趣的性质和猜想。其中最古老的一个是:
猜想: 在
中出现过无穷次。
这是孪生素数猜想的另一种表述形式。1849 年,Polignac 把这个猜想推广为:
猜想:任意偶数都在 中出现过无穷次。
如果记所有在 中出现过无穷次的偶数的集合为
,则上述两则猜想可以分别表述为
包含
以及
包含所有偶数。但长期以来人们甚至不知道
是否空集。直到今年张益唐第一次证明了:
定理: 不是空集,且其最小值不大于
。
事实上, 这一下界只是个粗略的估计。在张的论文发表后的一个月内,它就已经被迅速改进为
,下降了一百倍还多。
Pintz 指出,在张益唐的结论和他所用的工具的基础上,人们实际上可以立刻得到更强的结论:
定理:存在一个常数 使得每
个连续偶数中就有一个属于
。即
不但非空,且其在自然数中的密度是正的。
容易看出,如果 Polignac 的猜想是对的,则意味着 是一个震荡非常剧烈的数列,不断交替出现很大的数和很小的数。这令人自然猜想这是否也能归纳为一则定理。事实上,Erdős 和 Turán 在 1948 年确实证明了:
定理: 中上升和下降的相邻项都出现过无穷次。
但这只说明 确实在震荡,关于震荡的幅度,Erdős 在 1955 年猜测它会非常大:
的下界趋于
,上界趋于
。同样是在张益唐的结论和他所用的工具的基础上,Pintz 证明了这个猜想不但是对的,而且很强:
定理: 的下界趋于
的速度快于
,上界趋于
的速度快于
。
用 Pintz 本人的话说:在刚刚过去的几个月里,一系列十年前会被认为是科幻小说的定理都被证明了。