“最大素数”的故事

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  素数也叫质数,是只能被自己和1整除的数。按照规定,1不算素数,最小的素数是2,其后依次是3、5、7、11等等。
  早在2500年前,希腊数学家欧几里德就证明了素数是无限的,并提出少量素数可写成“2的n次方减1(2n-1)”的形式,这里n也是一个素数。但是目前人类已知的素数很有限,因为数字越大,要发现新的素数就越困难。不过,很多数学家曾对素数问题进行过研究,17世纪的法国教士马丁·梅森就是其中成果较为卓著的一位,因此后人将“2的n次方减1(2n-1)”形式的素数称为梅森素数。1876年,数学家卢卡斯证明了2127-1是当时已知的最大素数。这个记录保持了75年,这是一个39位的数。
  直到1951年,借助于新出现的电子计算机,人们才发现有79位数字的更大素数。1952年时,最大素数是22281-1,有687位数。位数在1000位以上的素数到1961年才被发现,它是24423-1,共有1332位数。从1951年到1971年的20年间,最大素数的纪录被不断刷新。1971年,美国数学家塔克曼在纽约州的纽克顿利用国际商业机器公司的IBM360/91型电子计算机,历时39分26.4秒,算出了当时的最大素数219937-1,这是一个6002位的数字,它最前面的五位数是43154,最后面的三位数是471。7年之后,即1978年,美国有两个18岁的青年学生劳拉·尼克尔和柯林·诺尔,又在电子计算机上算出了新的最大素数221701-1,它共有6553位数。但是时隔一年不到,又传来最新消息:由于美国新近建成一台超巨型电子计算机Crag-1,它的运算速度达到每秒8000万次,所以美国劳伦斯·利莫弗尔实验室的两位计算机专家哈里·内尔森和戴维·斯洛文斯基,于1979年在这一计算机上猎获了目前最大的素数244497-1,它有13395位数。可以期待,随着科技的发展,在不太长的时间里,这一纪录还会被突破。
  1995年,美国程序设计师乔治·沃特曼整理有关梅森素数的资料,编制了一个梅森素数计算程序,并将其放置在因特网上供数学爱好者使用,这就是“因特网梅森素数大搜索”计划。该计划采取分布式计算方式,利用大量普通计算机的闲置时间,获得相当于超级计算机的运算能力,第37、38和39个梅森素数都是用这种方法找到的。
  2002年,20岁的加拿大青年迈克尔·卡梅伦利用分布式计算方法找到一个已知的最大素数,即2的13466917次方减1,其位数超过400万位,是第39个梅森素数。据悉,卡梅伦利用其配备的800兆赫兹AMD芯片的电脑加入到全球分布式计算网络中,花费45天的时间得到这一结果。尽管这台电脑自身的性能并不高,但由于分布式计算网络连接了全球数十万台电脑,这些电脑自身有富裕资源的时候就通过网络进行运算,因此总的运算速度可达到每秒20000亿次,相当于一台超级计算机。
  2004年,美国一位数学爱好者发现了已知最大的素数。这个素数共有700万位,可写成2的24036583次方减1。这是人类发现的第41个梅森素数。
  据《新科学家》杂志网站报道,这位名叫约翰·芬德力的数学爱好者五年前用自己的家用台式电脑加入了“因特网梅森素数大搜索”(GIMPS)活动,他也是用这台普通的台式机偶然发现该素数的。在向外界公布消息之前,他还花费了两周的时间进行验证。科学的发展往往会带给我们惊喜。就在不久前,美国的一位学生发现第40个梅森素数,它共有6320430位数。为鼓励人们继续寻找下去,美国一家基金会还专门设立了10万美元的奖金,奖励第一个找到超过千万位素数的人。
  
  责任编辑 赵 菲
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