所謂「史上最大素數」的秘密
日媒報導,標題為《荒唐……竟然把「史上最大的素數」印成一本書》
素數又稱「質數」,它們除了1和自己以外,沒有任何因子。中國人最熟悉的關於素數的故事,莫過於「哥德巴赫猜想」,即「每一個大於2的自然偶數都可以寫成兩個素數之和」。
素數是無窮多的。在2300多年前,古希臘數學家歐幾裡得就發現了這一點,並在《幾何原本》中做了簡潔漂亮的證明。歐幾裡得說:「有無窮多的素數。」但他並沒有說,這無窮多的素數具體是什麼。這是一個數學領域中常見的情況:你可以證明一件事的存在,但你無法具體描述這件事。
這就是素數的秘密:它雖然無窮多,但要發現和驗證大素數卻不容易。有多不容易呢?
大凡接受過數學基礎教育的人,恐怕都背誦過100以內的質數:
2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47……
是的,它們看起來很密集。但隨著素數越大,他們之間的距離漸漸變長。舉個例子,1000萬之前的100個數中有9個素數,1000萬以後的100個數中只有2個素數。重要的是,它們的分布距離是不均等的。因此,要找到一個大的素數,往往需要巨量的計算,要分解和驗證它也是這樣。而為了掌握素數分布的規律,數學家已經嘔心瀝血了數百個春秋。
「尋找梅森素數」則是一個民間自發尋找大素數的超級計算活動。「梅森素數」是一種特殊形式的素數,寫成(2^n-1)的形式,尋找梅森素數是目前發現已知最大素數的最有效途徑。這個項目的全稱是「網際網路梅森素數大搜索」(The Great Internet Mersenne Prime Search,簡稱GIMPS),它始於1996年,由世界各地的志願者自願花時間計算梅森素數。他們從GIMPS網站上下載免費軟體,當計算機閒置時,這個軟體就開始在數軸上進行梳理式計算。在已知的梅森素數中,有不少就是通過這個渠道找到的。發現者會有3000 美元的研究發現獎,但更多人是在享受探索的樂趣。
被日本虹色社印成書的這個素數,就是在2017年12月26日由美國的GIMPS志願者Jonathan Pace通過計算機找到的,被命名為「M77232917」(「M」代表梅森素數) 。它是第50個梅森素數,也是迄今為止已知最大的素數。而前兩次人類更新「最大素數」,分別是在2013年和2016年。