数学家能够发现长期以来被认为是非常随机的模式:质数。令人惊讶的发现还表明,在探索令人困惑的素数世界时,科学家需要有些谨慎。
主要数字的奥秘
质数是只能按1或本身排除的那些数字。素数是构建所有其他数字的基础。这是因为所有其他数字都是通过将质数乘在一起而生成的。因此,能够揭开素数的奥秘被认为是理解算术基础的重要方面。
告诉一个数字是否为素数,已经提前确定。实际上,数学家没有遵循某个公式或模式来确定哪些数字是素数。因此,使他们认为质数预测是一个随机过程。
事件的扭曲
但是,在令人惊讶的事件中,来自斯坦福大学的数学家已经发现所谓的“随机”素数根本不是那么随机。
“这很奇怪,”说研究作者Kannan Soundararajan。他将经验与看一幅看似熟悉的绘画进行了比较,然后意识到其中有一个从未见过的组成部分。
图案
除2和5以外的所有质数,均以1、3、7或9结束。但是,在通过这些数字进行调查时,Soundararajan和同事Robert Lemke Oliver发现,以1结束的素数非常罕见,其次是另一个素数以1结束。
如果质数真正遵循随机序列,则此发现不应浮出水面。预计连续的质数将不太关心其邻居的数字。
更具体地说,该团队发现,在前一亿个素数中,连续两个质数结束,其中1次仅在18.5%的时间中发生。科学家解释说,如果分布是随机的,则至少在25%的时间内应以1结束的连续数字出现。
以3和7结束的素数具有30%的发生率,而在22%的时间中,最终的质数为9。
作者能够在其他数字结束组合中注意到这种模式,这在预期的随机模式中加在一起。
随机性更多观察到随着数字变大。但是,随着科学家们看着几万亿,这种随机性非常难以捉摸,但这种模式仍然存在。
k-tuple猜想
虽然这一发现似乎与已经复杂的质数难题令人困惑,但Soundararajan和Lemke Oliver能够通过解释来支持它。
关于素数的大多数调查都是基于所谓的K-tuple猜想,这是20世纪初的剑桥大学的Gh Hardy和John Littlewood发现的。
K-tuple猜想是一种用于估计对,三元组和大量素数的频率的方法。据说该技术是质数是随机的理论的高级版本。
牛津大学的詹姆斯·梅纳德(James Maynard)未参与研究,他说数学家研究了这些数字是99%随机的素数。但是,剩余的1%不应该未记录。
尽管尚未证明K-Tuple的猜想,但数学家坚信这是准确的。这是因为该技术对于预测质数的行为很有用。
梅纳德说,Soundararajan和Lemke Oliver的工作甚至可能是K-Tuple猜想的确认研究。
这一发现听起来很强大和有趣,尚待在涉及质数(例如Riemann假设和Twin-Prime猜想)的长期问题中应用。但是,该发现为这一研究领域提供了一些震撼。
加拿大蒙特利尔大学的另一位名叫安德鲁·格兰维尔(Andrew Granville)的数学家说,这一发现提供了更多的理解,并且每一个信息可能会有所帮助。即使科学家认为理所当然的事情确实是不准确的,但它仍然会使他们回去重新考虑他们所知道的事情。