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梅森素数：千年不休的探寻之旅(2) 那些手扛肩挑的年代 手算笔录的时代，每前进一步，都显得格外艰难。1772年，在卡塔尔迪提出近200年之后，瑞士数学家欧拉证明了M31确实是一个素数，这是人们找到的第8个梅森素数，它共有10位数，堪称当时世界上已知的最大素数，欧拉也因此成为第二个在发现者名单上留名的人。让人惊叹的是，这是在他双目失明的情况下，靠心算完成的。这种超人般的毅力与技巧让欧拉获得了“数学英雄”的美誉。法国大数学家拉普拉斯（P.Laplace）说的话，或许可以代表我们的心声：“读读欧拉，他是我们每一个人的老师。” 100年后，法国数学家鲁卡斯提出了一个用来判别Mp是否是素数的重要定理——鲁卡斯定理，这为梅森素数的研究提供了有力的工具。1883年，数学家波佛辛（Pervushin）利用鲁卡斯定理证明了M61也是素数–这是梅森漏掉了的。梅森还漏掉另外两个素数：M89和M107，它们分别在1911年与1914年被数学家鲍尔斯（Powers）发现。 还记得梅森预测的四个素数吗？其中M31已经为欧拉证明，M127则在鲁卡斯提出定理时顺带证明，虽然中间漏掉了3个，但至少还有另外两个：M67和M257是不是素数呢…… M67的证明又是一个精彩的故事。 1903年，数学家柯尔在美国数学学会的大会上作了一个报告。他先是专注地在黑板上算出267－1，接着又算出193707721×761838257287，两个算式结果完全相同！换句话说，他成功地把267－1分解为两个素数相乘的形式，从而证明了M67是个合数。 报告中，他一言未发，却赢得了现场听众的起立鼓掌，更成了数学史上的佳话。阅读这段历史，我们懂得了什么叫做“事实胜于雄辩”。记者好奇地问他是怎样得到这么精彩的发现的，柯尔回答“三年里的全部星期天”。他后来当选为美国数学协会的会长，去世后，该协会专门设立了“柯尔奖”，用于奖励作出杰出贡献的数学家。 1922年，数学家克莱契克验证了M257并不是素数，而是合数（但他没有给出这一合数的因子，直到20世纪80年代人们才知道它有3个素因子）。 于是乎，梅森的四个猜测获得了两正确、三遗漏和两错误的成绩，但这无损于他的光荣。在千年的探寻之旅中，伟大如欧拉也会犯错误，他在1750年宣布说找到了梅森的“遗漏”：M41和M47也是素数，但最终上M41和M47都不是素数。 直到1947年，对于p≤257的梅森素数Mp的正确结果才被确定，也就是当p=2，3，5，7，13，17，19，31，61，89，107和127时，Mp是素数。现在这个表已经被反复验证，一定不会有错误了。 我们看到，在手工计算的时代，人们一共找到了12个梅森素数。 计算机！计算机！ 1930年，美国数学家雷默改进了鲁卡斯的工作，给出了一个新的测试方法，即鲁卡斯－雷默方法。很快地，计算机时代到来了，这一方法发挥了重要的作用。1952年，数学家鲁滨逊（Robinson）等人将鲁卡斯－雷默方法编译成计算机程序，使用SWAC型计算机在短短几小时之内，就发现了第13个、第14个，并在当年总共找到了5个梅森素数：M521、M607、M1279、M2203和M2281。 其后，M3217在1957年被黎塞尔（Riesel）证明是素数；M4253和M4423在1961年被赫维兹（Hurwitz）证明是素数。 1963年，美国数学家吉里斯（Gillies）证明M9689和M9941是素数，这已经是第21和22个梅森素数。1963年9月6日晚上8点，当吉里斯通过大型计算机找到第23个梅森素数M11213时，美国广播公司（ABC）中断了正常的节目播放，第一时间发布了这一重要消 1 息，发现这一素数的美国伊利诺伊大学数学系全体师生更是激动地把所有从系里发出的信件都敲上了“211213－1是个素数”的邮戳。 1971年3月4日晚，美国哥伦比亚广播公司（CBS）中断了正常节目播放，发布了布萊恩特?塔克曼（Bryant Tuckerman）使用IBM360-91型计算机找到新的梅森素数M19937的消息。而到1978年10月，世界几乎所有的大新闻机构（包括我国的新华社）都报道了以下消息：两名年仅18岁的美国高中生诺尔（Noll）和尼科尔（ Nickel）使用CYBER174型计算机找到了第25个梅森素数：M21701。 超级计算机的引入加快了梅森素数的寻找脚步，但随着素数P值的增大，每一个梅森素数的产生都更加艰难，各国科学家及业余研究者们之间的竞争变得越来越激烈。在1979年2月23日，当美国克雷研究公司的计算机专家史洛温斯基和纳尔逊正兴致冲冲地宣布他们找到第26个梅森数M23209时，有人浇来一盆冷水：两星期前美国加州的高中生诺尔就已经给出了同样结果。心有不甘的他们又花了一个半月的时间“卧薪尝胆”，使用Cray－1型计算机找到了第27个梅森素数M44497，这件事成了当时不少报纸的头版新闻。 为了与美国人较量，英国的哈威尔实验室也专门成立了一个研究小组来寻找更大的梅森素数。他们用了两年时间，花了12万英镑的经费，于1992年3月25日找到了新的梅森素数M756839。但到了1994年1月14日，史洛温斯基等人为美国再次夺回发现“已知最大素数”的桂冠——这一梅森素数是M859433。史洛温斯基本人一共发现了7个梅森素数，他因此被人们称为“素数大王”。 数学研究的深入更重于计算能力的提升，在搜寻梅森素数的同时，对梅森素数的分布规律的研究也在进行着，英、法、印、美、德等国的数学家都曾分别给出过关于梅森素数分布规律的猜测，但这些猜测都以近似表达式给出，而与实际情况的接近程度均难如人意。中国数学家和语言学家周海中则是这方面研究的领先者，他运用联系观察法和不完全归纳法，于1992年首先给出了梅森素数分布的精确表达式。著名的《科学美国人》杂志有一篇文章指出：这一成果为人们探究梅森素数提供了方便，是素数研究的一项重大突破。后来这项重要成果被国际上命名为“周氏猜测”。 伴随数学理论的改善，为了寻找梅森素数而使用的计算机也越来越强大，包括了著名的IBM360型计算机，和超级计算机Cray系列。1996年发现的M1257787是迄今为止最后一个由超级计算机发现的梅森素数，数学家使用了Cray T94，这也是人类发现的第34个梅森素数。 梅森素数的探寻之旅似乎正变得离普通人越来越远，直到GIMPS时代的到来…… 2 本文来源：https://www.dywdw.cn/9a87a1b153e79b89680203d8ce2f0066f4336448.html
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2023-03-11
