中國日?qǐng)?bào)網(wǎng)環(huán)球在線消息：2008年8月，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的計(jì)算機(jī)專家史密斯（E.Smith）通過參加了一個(gè)名為“因特網(wǎng)梅森素?cái)?shù)大搜索”(GIMPS)的國際合作項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)了第46個(gè)也是最大的梅森素?cái)?shù)2^43112609-1，該素?cái)?shù)也就是2自身相乘43112609次減1，它有12978189位數(shù)，如果用普通字號(hào)將這個(gè)巨數(shù)連續(xù)寫下來，它的長度可超過50公里!最近，這一成就被美國的《時(shí)代》雜志評(píng)為“2008年度50項(xiàng)最佳發(fā)明”之一，排名在第29位。

   人類迄今只找到46個(gè)梅森素?cái)?shù)

　　素?cái)?shù)也叫質(zhì)數(shù)，是只能被1和自身整除的數(shù)，如2、3、5、7等等。公元前300多年，古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得用反證法證明了素?cái)?shù)有無窮多個(gè)，并提出了少量素?cái)?shù)可寫成2^p－1（其中指數(shù)P為素?cái)?shù)）的形式。此后許多數(shù)學(xué)家，包括數(shù)學(xué)大師費(fèi)馬、笛卡爾、萊布尼茲、哥德巴赫、歐拉、高斯、哈代、圖靈等都研究過這種特殊形式的素?cái)?shù)，而17世紀(jì)的法國數(shù)學(xué)家梅森（Ｍ.Ｍersenne）是其中成果最為卓著的一位。

　　由于梅森學(xué)識(shí)淵博，才華橫溢，并是法蘭西科學(xué)院的奠基人，為了紀(jì)念他，數(shù)學(xué)界就把2^p－1型的數(shù)稱為“梅森數(shù)”，并以Mp記之（其中Ｍ為梅森姓氏的首字母）；如果Ｍ_p為素?cái)?shù)，則稱之為“梅森素?cái)?shù)”(Ｍersenne　prime)。2300多年來，人類僅發(fā)現(xiàn)46個(gè)梅森素?cái)?shù)。由于這種素?cái)?shù)珍奇而迷人，因此被人們譽(yù)為“數(shù)學(xué)海洋中的璀璨明珠”。梅森素?cái)?shù)一直是數(shù)論研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是當(dāng)今科學(xué)探索的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　貌似簡單卻難度極大的探究

　　梅森素?cái)?shù)貌似簡單，但研究難度卻很大。它不僅需要高深的理論和純熟的技巧，而且還需要進(jìn)行艱巨的計(jì)算。1772年，瑞士數(shù)學(xué)大師歐拉在雙目失明的情況下，靠心算證明了Ｍ₃₁（即2³¹－1＝2147483647）是一個(gè)素?cái)?shù)。它具有10位數(shù)字，堪稱當(dāng)時(shí)世界上已知的最大素?cái)?shù)。歐拉的毅力與技巧都令人贊嘆不已，他因此獲得了“數(shù)學(xué)英雄”的美譽(yù)。難怪法國大數(shù)學(xué)家拉普拉斯（P.Laplace）向他的學(xué)生們說：“讀讀歐拉，他是我們每一個(gè)人的老師。”在“手算筆錄年代”，人們歷盡艱辛，僅找到12個(gè)梅森素?cái)?shù)。

　　電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大加快了探究梅森素?cái)?shù)的步伐。1952年，美國數(shù)學(xué)家魯濱遜等人將著名的盧卡斯－雷默方法編譯成計(jì)算機(jī)程序，使用SWAC型計(jì)算機(jī)在短短幾小時(shí)之內(nèi)，就找到了5個(gè)梅森素?cái)?shù)：Ｍ₅₂₁、Ｍ₆₀₇、Ｍ₁₂₇₉、Ｍ₂₂₀₃和Ｍ₂₂₈₁。

　　1963年9月6日晚上8點(diǎn)，當(dāng)?shù)?3個(gè)梅森素?cái)?shù)Ｍ₁₁₂₁₃通過大型計(jì)算機(jī)被找到時(shí)，美國廣播公司（ABC）中斷了正常的節(jié)目播放，在第一時(shí)間發(fā)布了這一重要消息。發(fā)現(xiàn)這一素?cái)?shù)的美國伊利諾伊大學(xué)數(shù)學(xué)系全體師生感到無比驕傲，為讓全世界都分享這一成果，以至把所有從系里發(fā)出的信封都蓋上了“2¹¹²¹³－1是個(gè)素?cái)?shù)”的郵戳。

　　隨著素?cái)?shù)P值的增大，每一個(gè)梅森素?cái)?shù)Ｍ_p的產(chǎn)生都艱辛無比；而各國科學(xué)家及業(yè)余研究者們?nèi)詷反瞬黄＃ち腋偁帯＠纾?979年2月23日，當(dāng)美國克雷研究公司的計(jì)算機(jī)專家史洛溫斯基和納爾遜宣布他們找到第26個(gè)梅森數(shù)Ｍ₂₃₂₀₉時(shí)，有人告訴他們：在兩星期前美國加州的高中生諾爾就已經(jīng)給出了同樣結(jié)果。為此他們又花了一個(gè)半月的時(shí)間，使用Cray－1型計(jì)算機(jī)找到了新的梅森素?cái)?shù)Ｍ₄₄₄₉₇。這件事成了當(dāng)時(shí)不少報(bào)紙的頭版新聞。

　　為與美國較量，英國原子能技術(shù)權(quán)威機(jī)構(gòu)——哈威爾實(shí)驗(yàn)室專門成立了一個(gè)研究小組來尋找更大的梅森素?cái)?shù)。他們用了兩年時(shí)間，花了12萬英鎊的經(jīng)費(fèi)，于1992年3月25日找到了新的梅森素?cái)?shù)Ｍ₇₅₆₈₃₉。不過，1994年1月14日，史洛溫斯基等人為美國再次奪回發(fā)現(xiàn)“已知最大素?cái)?shù)”的桂冠——這一素?cái)?shù)是Ｍ₈₅₉₄₃₃。由于史洛溫斯基一共發(fā)現(xiàn)7個(gè)梅森素?cái)?shù)，他被人們譽(yù)為“素?cái)?shù)大王”。

　　由于梅森素?cái)?shù)在正整數(shù)中的分布是時(shí)疏時(shí)密極不規(guī)則的，因此研究梅森素?cái)?shù)的重要性質(zhì)——分布規(guī)律似乎比尋找新的梅森素?cái)?shù)更為困難。數(shù)學(xué)家們在長期的摸索中，提出了一些猜想。英國數(shù)學(xué)家香克斯、法國數(shù)學(xué)家伯特蘭和托洛塔、印度數(shù)學(xué)家拉曼紐楊、美國數(shù)學(xué)家吉里斯和德國數(shù)學(xué)家伯利哈特等都曾分別給出過關(guān)于梅森素?cái)?shù)分布的猜測,但他們的猜測有一個(gè)共同點(diǎn)，就是都以近似表達(dá)式給出，而與實(shí)際情況的接近程度均難如人意。

　　中國數(shù)學(xué)家和語言學(xué)家周海中對(duì)梅森素?cái)?shù)研究多年，他運(yùn)用聯(lián)系觀察法和不完全歸納法，于1992年首先給出了梅森素?cái)?shù)分布的精確表達(dá)式，從而揭示了梅森素?cái)?shù)的重要規(guī)律，為人們探究這一素?cái)?shù)提供了方便。后來這一科研成果被國際上稱為“周氏猜測”。

　　利用網(wǎng)格技術(shù)搜尋梅森素?cái)?shù)

　　網(wǎng)格(Grid)這一嶄新技術(shù)的出現(xiàn)使梅森素?cái)?shù)的探尋如虎添翼。1996年初，美國數(shù)學(xué)家和程序設(shè)計(jì)師沃特曼(G.Woltman)編制了一個(gè)梅森素?cái)?shù)計(jì)算程序，并把它放在網(wǎng)頁上供數(shù)學(xué)家和數(shù)學(xué)愛好者免費(fèi)使用，這就是著名的GIMPS項(xiàng)目。該項(xiàng)目采取網(wǎng)格計(jì)算方式，利用大量普通計(jì)算機(jī)的閑置時(shí)間來獲得相當(dāng)于超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。只要人們?nèi)IMPS的主頁下載那個(gè)免費(fèi)程序，就可以立即參加GIMPS項(xiàng)目去搜尋梅森素?cái)?shù)。

　　12年來，人們通過GIMPS項(xiàng)目找到了12個(gè)梅森素?cái)?shù)，其發(fā)現(xiàn)者來自美國、英國、法國、德國和加拿大。目前，世界上有160多個(gè)國家和地區(qū)近16萬人參加了這一項(xiàng)目，并動(dòng)用了30多萬臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行網(wǎng)格計(jì)算。該項(xiàng)目的計(jì)算能力已超過當(dāng)今世界上任何一臺(tái)最先進(jìn)的超級(jí)矢量計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，運(yùn)算速度超過每秒350萬億次。

　　為了激勵(lì)人們尋找梅森素?cái)?shù)，設(shè)在美國的電子新領(lǐng)域基金會(huì)（EFF）不久前向全世界宣布了為通過GIMPS項(xiàng)目來探尋梅森素?cái)?shù)而設(shè)立的獎(jiǎng)金。它規(guī)定向第一個(gè)找到超過1000萬位數(shù)的個(gè)人或機(jī)構(gòu)頒發(fā)10萬美元。后面的獎(jiǎng)金依次為：超過1億位數(shù)，15萬美元；超過10億位數(shù)，25萬美元。由于史密斯發(fā)現(xiàn)的梅森素?cái)?shù)已超過1000萬位，他將有資格獲得EFF頒發(fā)的10萬美元大獎(jiǎng)。其實(shí)，絕大多數(shù)研究者參與該項(xiàng)目并不是為了金錢，而是出于樂趣、榮譽(yù)感和探索精神。

　　梅森素?cái)?shù)的意義和價(jià)值

　　梅森素?cái)?shù)在當(dāng)代具有十分豐富的理論意義和實(shí)用價(jià)值。它是發(fā)現(xiàn)已知最大素?cái)?shù)的最有效途徑；它的探究推動(dòng)了數(shù)學(xué)皇后——數(shù)論的研究，促進(jìn)了計(jì)算技術(shù)、程序設(shè)計(jì)技術(shù)、密碼技術(shù)的發(fā)展以及快速傅立葉變換的應(yīng)用。

　　探尋梅森素?cái)?shù)最新的意義是：它促進(jìn)了網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展。而網(wǎng)格技術(shù)將是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣闊、前景十分誘人的技術(shù)。另外，探尋梅森素?cái)?shù)的方法還可用來測試計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)算是否正確。

　　由于探尋梅森素?cái)?shù)需要多種學(xué)科和技術(shù)的支持，所以許多科學(xué)家認(rèn)為：梅森素?cái)?shù)的研究成果，在一定程度上反映了一個(gè)國家的科技水平。英國頂尖科學(xué)家索托伊(M.Sautoy)甚至認(rèn)為它是標(biāo)志科學(xué)發(fā)展的里程碑。可以相信，梅森素?cái)?shù)這顆數(shù)學(xué)海洋中的璀璨明珠正以其獨(dú)特魅力，吸引著更多的有志者去探尋和研究。

(來源:中國讀書報(bào) 編輯：信蓮)