想象一个由一大串 1 组成的数字:1111111…111。具体来说,连续 136,279,841 个。如果我们堆叠那么多张纸,最终形成的塔将延伸到平流层。
如果我们以二进制形式(仅使用 1 和 0)将这个数字写入计算机,它只会填满大约 16 兆字节,不超过一个简短的视频剪辑。
转换为更熟悉的十进制数字书写方式,这个数字(以 8,816,943,275 开头……结束……076,706,219,486,871,551)将有超过 4100 万位数字。它可以填满一本书 20,000 页。
这个数字的另一种写法是 2136,279,841– 1. 它有一些特别之处。
首先,它是一个素数(意味着它只能被它本身和一整除)。其次,这就是所谓的梅森素数(我们将了解它的含义)。第三,它是迄今为止在数学探索中发现的最大素数,其历史可以追溯到 2000 多年前。
发现
这个数字(简称M136279841)是素数是由来自加利福尼亚州圣何塞的36岁研究员卢克·杜兰特于10月12日发现的。杜兰特是参与一项名为“伟大的互联网梅森素数搜索”(Great Internet Mersenne Prime Search)的长期志愿素数搜寻工作的数千名工作人员之一。GIMPS。
比 2 的某个幂小 1 的素数(或者数学家写为 2)p– 1) 被称为梅森素数,以法国僧侣马林·梅森 (Marin Mersenne) 的名字命名,他在 350 多年前研究了它们。前几个梅森素数是 3、7、31 和 127。
杜兰特通过结合数学算法、实际工程和强大的计算能力得出了他的发现。之前使用传统计算机处理器 (CPU) 发现了大素数,而此次发现首次使用了另一种称为 GPU 的处理器。
GPU 最初设计用于加速图形和视频的渲染,最近被重新用于挖掘加密货币和为人工智能提供动力。
杜兰特是领先 GPU 制造商 NVIDIA 的前员工,他在云端使用强大的 GPU 创建了一种横跨 17 个国家的“云超级计算机”。幸运的 GPU 是位于爱尔兰都柏林的 NVIDIA A100 处理器。
素数和完全数
除了发现的兴奋之外,这一进展延续了几千年前的故事情节。数学家对梅森素数着迷的原因之一是它们与所谓的“完美”数字有关。
一个数字是完美的,如果当你将所有能正确整除该数字的数字相加时,它们相加等于该数字本身。例如,6 是一个完美数,因为 6 = 2 × 3 = 1 + 2 + 3。同样,28 = 4 × 7 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14。
对于每个梅森素数,也存在一个偶完美数。 (在数学中最古老的未解决问题之一中,尚不清楚是否存在奇完全数。)
纵观历史,完美数一直让人类着迷。例如,早期希伯来人和圣奥古斯丁认为六是一个真正完美的数字,因为上帝在六天内创造了地球(第七天休息)。
实用素数
对素数的研究不仅仅是一种历史好奇心。数论对于现代密码学也至关重要。例如,许多网站的安全性依赖于查找大数素因数的固有困难。
所谓的公钥密码术(例如,保护大多数在线活动的那种)中使用的数字通常只有几百位十进制数字,与 M136279841 相比很小。
然而,数论基础研究的好处——研究素数的分布、开发测试数字是否素数的算法以及寻找合数的因子——通常会对帮助维护数字通信的隐私和安全产生下游影响。
无止境的寻找
梅森素数确实很罕见:新记录比之前的记录大了 1600 万位数以上,而且只是有史以来发现的第 52 个。
我们知道质数有无穷多个。希腊数学家欧几里得在 2000 多年前就证明了这一点:如果素数的数量有限,我们可以将它们全部相乘并加一。
结果不能被我们已经找到的任何素数整除,所以肯定至少还有一个素数存在。
但我们不知道是否存在无限多个梅森素数——尽管它已经存在推测的有。不幸的是,它们太稀有,我们的技术无法检测到。
目前,新的素数是人类好奇心的一个里程碑,并提醒人们,即使在技术主导的时代,数学宇宙中一些更深层次、诱人的秘密仍然遥不可及。挑战仍然存在,邀请数学家和爱好者们去寻找无限数字挂毯中隐藏的模式。
因此,对完美的(数学)追求将继续下去。