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访客82024-03-25 21:33:55

数学家发现了更大的素数,这究竟有什么意义呢

因为理论上素数是不可预测的,至少目前来说还没有找出它的规律,我们不知道的是:下一个素数是多少?

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所以,一般是计算数学家,也就是那些玩电脑的人,才能找到更大的素数的,那都是用超级计算机算出来的。

因此,与其说是数学家发现了更大的素数,不如说是超级计算机找到了更大的素数,在这一点上,其实比的就是超级计算机的计算能力,以及大家所采用的算法的复杂程度。这个事情当然也是有意义的,因为你可以把两个很大的素数相乘,得到一个更大的数,然后拿这个大数当作一个密码,让别人去做质因数分解,别人是分解不出来的。越大的素数的乘积,越难被分解,这个密码的有效性就越好。

当然,从纯数学的角度来说,发现更大的素数没有特别的意义,因为在2000多年前,欧几里德就已经证明了,存在无限多个素数,也就是说,素数的大小是没有上限的,可以很大很大。因此,在纯数学的角度来说,这个事情的意义不是太大。

当然了,素数问题是数论问题的核心,而数论又可以与函数论与群论挂钩,研究素数其实就是在研究整个数学的最底层的结构。最近得了科学突破奖的“新视野奖”的张伟就是研究这方面结构的中国年轻数学家,我还曾经写过一篇与他聊天后的访谈稿,你可以去看看,也许能了解为什么要研究最大的素数,反正我自己也说不清楚,这种问题只能请张伟这样的高手才能解答。

素数一般是不可预测的,目前没有一套规律可循。正常情况下很难发现素数。一般人很难发现、只有研究领域的人才会注意到和发现。是利用超级计算机之类演算得出发现.

在2000多年前,欧几里德就已经证明了,存在无限多个素数,所以说发现更大的素数,这个事情的意义不是太大。相比发现素数来数在数学领域意义不会很大、因为人们已经证明了他的存在、那必然也会后续的发现、也该猜到又或者可发展的潜力和空间!素数问题是数论问题的核心,而数论又可以与函数论与群论挂钩,研究素数其实就是在研究整个数学的结构。

关于最大素数

表1:

1, 3, 5, 7, 9

11,13,15,17,19

21,23,25,27,29

31,33,35,37,39

41,43,45,47,49

51,53,55,57,59

61,63,65,67,69

71,73,75,77,79

81,83,85,87,89

91,93,95,97,99

这样排列可以很清楚看出,从两位数起,中间一行尾数为5的数都是合数,其两边是尾数是1,3,7,9,的奇数。当中间的数为25+30n时,两边尾数是1,7的奇数一定是3的倍数。为35+30n时,两边尾数是3,9,的奇数也一定是3的倍数,为45+70n时,右边尾数为9的数一定是7的倍数,以此类推,75+70n时,边上尾数7的数一定是7的倍数,95+70n时,边上尾数为1的数也是7的倍数。同样,还可以找出11,13,17等其他素数因子倍数的位置。而为15+30n时,两边必定没有3的倍数,因此孪生素数和四生素数只可能在这样的数两出现。(尾数为9,1的孪生素数只可能出现在30+30n的两边)例如15(3*5)两边是11,13,17,19.

105(3*5*7)两边是101,103,107,109.

将已知素数依次相乘,就得到一个尾数为5的合数。在这个合数两边尾数为1,3,7,9的数,或者是新的更大的素数,如果是合数,则一定有新的更大的素数因子。这样,新的更大的素数会层出不穷,永无止境。

没什么意义,数学家早就证明了素数是无限的,也就是说没有最大的素数。具体证明如下:

用反证法:假设素数是有限的,假设素数只有有限的n个,最大的一个素数是p。设q为所有素数之积加上1,即q = ( 2 * 3 * 5 * …… * p )+ 1。按照假设q不是素数,那么q应该可以被2、3、……、p中的某个数或某些数整除(合数一定可以分解为素因子之积),但实际上q被这2、3、……、p中任意一个整除都会余1,与之矛盾。

所以,素数是无限的。而今天已经找到的最大素数是美国州立中密苏里大学柯蒂斯库珀(Curtis Cooper)通过GIMPS项目发现的第49个梅森素数 2^74207281-1(被称为M74207281),这个数远大于宇宙所有原子数量,已经没有什么实际意义了。

数学家发现了更大的素数,这究竟有什么意义呢?

第一个问题:什么是素数。

素数是指在大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数的自然数。

比较小的素数,例如2,3,5,7,11,13,17,19等。

2017年末,一位美国电机工程师Jonathan Pace,利用互联网梅森素数大搜索项目(GIMPS),成功发现第50个梅森素数M77232917,该素数有23249425位,是迄今为止,人类发现的最大的素数。这个素数,比起上一个记录(2016年1月),大体间隔两年时间。这是世界顶级的数学家,使用最先进的计算设备,历经两年努力才得出的结果,可见这个问题难度之大。

第二个问题:经常有人问,老是有人搞这种看起来无聊又无用的东西,有何意义?

数论是数学王国的顶级领域。寻找更大的素数就是这个领域的一个课题。

素数

搞这种课题有什么意义?

笔者认为至少有这样几方面的重要意义。

1、找出更大的素数可以用于设置更为复杂的密码。有了更复杂的密码,就可以对抗更高级的破译,使得密码破译的时间大大延长,使破译失去意义。这个问题在军事、外交等领域尤其重要。

2、更大的素数可以检测检验超大容量计算机的运行速度、运行可靠性以及逻辑线路的正确性。或者说,谁能找到更大的素数,证明谁的超级计算机软硬件技术和性能更牛。

3、到底还有没有更大的素数,到底是多少,有没有更简单快速的方法能实现,是一种科学探索的兴趣,也是一种巨大的动力。

答:意义在文章最后,我们先来了解下,这次发现的素数的来源吧。


在上个月,一位美国电机工程师Jonathan Pace,利用互联网梅森素数大搜索项目(GIMPS),成功发现第50个梅森素数M77232917,该素数有23249425位,是迄今为止,人类发现的最大的素数。

如果把这个数,用普通纸打印下来,差不多有87公里长。

梅森数是形如2^p-1的数,其中指数p也是素数,常记为Mp ,如果梅森数也正好是素数,就称Mp为梅森素数。


GIMPS是“”Great Internet Mersenne Prime Search“”的缩写,建立于2008年,任何人都可以加入这个计划,利用自己的计算机去寻找梅森素数。

上一个梅森素数发现时间,是2016年1月,距今有2年了,足以看出来,现在对梅森素数的寻找是极为困难的,这次发现第50个梅森素数的Jonathan Pace,也将获得该项目的3000美元奖励。

对梅森素数的寻找,有利于目前加密算法的改进,因为我们目前使用的大多数加密方式,都建立在对大数的分解上,秘钥中使用的素数越大,那么对加密内容来说,被破解的难度越大。

当然,这一切都建立在传统计算机上,对于正在研究的量子计算机,将不受此限制,量子计算机对素数分解有天生的优势,一旦量子计算机被研制成功,那么量子计算机只需要几分钟破解的密码,我们传统计算机很可能需要上万年。


好啦!我的答案就和大家分享到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯斯密斯。

注明:该答案的内容取自2018年1月5日,我的文章《第五十个梅森素数被发现,这是迄今为止,人类发现最大的素数!》

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