梅森素?cái)?shù)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)之一。目前,世界上有180多個(gè)國(guó)家和地區(qū)近27萬(wàn)人,參加一個(gè)名為“互聯(lián)網(wǎng)梅森素?cái)?shù)大搜索”(GIMPS)的國(guó)際合作項(xiàng)目,并動(dòng)用超過(guò)70萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)來(lái)尋找梅森素?cái)?shù)。因此,僅從人力、物力方面來(lái)說(shuō),梅森素?cái)?shù)已足夠火爆。
素?cái)?shù)是在大于1的整數(shù)中只能被1和其自身整除的數(shù)。在弄清楚梅森素?cái)?shù)為何如此火爆之前,首先了解一下它的由來(lái)。2300年前,古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德就已證明素?cái)?shù)有無(wú)窮多個(gè),并提出一些素?cái)?shù)可寫成“2P-1”(其中指數(shù)P也是素?cái)?shù))的形式。這種特殊形式的素?cái)?shù),具有獨(dú)特的性質(zhì)和無(wú)窮的魅力,千百年來(lái)一直吸引著眾多的數(shù)學(xué)家(包括數(shù)學(xué)大師費(fèi)馬、笛卡爾、哥德巴赫等)和無(wú)數(shù)業(yè)余數(shù)學(xué)愛(ài)好者對(duì)它進(jìn)行探究。其中17世紀(jì)法國(guó)數(shù)學(xué)家、法蘭西科學(xué)院奠基人馬林·梅森是其中成果較為卓著的一位,因此數(shù)學(xué)界將“2P-1”型的素?cái)?shù)稱為“梅森素?cái)?shù)”。迄今為止,人們僅發(fā)現(xiàn)47個(gè)梅森素?cái)?shù)。由于這種素?cái)?shù)稀奇而迷人,故被人們稱為“數(shù)海明珠”。
梅森素?cái)?shù)貌似簡(jiǎn)單,但當(dāng)指數(shù)P值較大時(shí),其探究難度就會(huì)很大。在“手算筆錄”的年代,人們僅找到12個(gè)梅森素?cái)?shù)。而計(jì)算機(jī)的誕生和網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn),加速了梅森素?cái)?shù)探究的進(jìn)程。1996年初,美國(guó)數(shù)學(xué)家、程序設(shè)計(jì)師喬治·沃特曼編制了一個(gè)梅森素?cái)?shù)計(jì)算程序,并把它放在網(wǎng)頁(yè)上供數(shù)學(xué)家和業(yè)余數(shù)學(xué)愛(ài)好者免費(fèi)使用。它就是舉世聞名的GIMPS項(xiàng)目。為了激勵(lì)人們尋找梅森素?cái)?shù)和促進(jìn)網(wǎng)格技術(shù)發(fā)展,總部設(shè)在美國(guó)的電子新領(lǐng)域基金會(huì)(EFF)于1999年設(shè)立了專項(xiàng)獎(jiǎng)金懸賞梅森素?cái)?shù)發(fā)現(xiàn)者。不過(guò),絕大多數(shù)人參與該項(xiàng)目并不是為了金錢,而是出于好奇心、求知欲和榮譽(yù)感。
2008年8月23日,參與GIMPS項(xiàng)目的美國(guó)計(jì)算機(jī)專家埃德森·史密斯發(fā)現(xiàn)了迄今已知的最大梅森素?cái)?shù)——243112609-1,該數(shù)也是目前已知的最大素?cái)?shù),它有12978189位,如果用普通字號(hào)將它打印下來(lái),其長(zhǎng)度可超過(guò)50公里!該成就被《時(shí)代》周刊評(píng)為“2008年度50項(xiàng)最佳發(fā)明”之一。迄今為止,人們通過(guò)GIMPS項(xiàng)目找到了13個(gè)梅森素?cái)?shù),其發(fā)現(xiàn)者來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、挪威和加拿大。
值得一提的是,人們?cè)趯ふ颐飞財(cái)?shù)的同時(shí),對(duì)其重要性質(zhì)——分布規(guī)律的研究也一直在進(jìn)行著。英、法、德、美等國(guó)的數(shù)學(xué)家都曾分別給出過(guò)有關(guān)梅森素?cái)?shù)分布的猜測(cè),但都以近似表達(dá)式給出,與實(shí)際情況的接近程度均難如人意。中國(guó)語(yǔ)言學(xué)家、數(shù)學(xué)家周海中也是這方面研究的領(lǐng)先者,他于1992年首次給出了梅森素?cái)?shù)分布的精確表達(dá)式。這一成果后來(lái)被國(guó)際上命名為“周氏猜測(cè)”。
梅森素?cái)?shù)在當(dāng)代具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。它是發(fā)現(xiàn)已知最大素?cái)?shù)的最有效途徑,其探究推動(dòng)了“數(shù)學(xué)皇后”——數(shù)論的研究,促進(jìn)了計(jì)算技術(shù)、密碼技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)、程序設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。另外,梅森素?cái)?shù)常用來(lái)測(cè)試計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)算是否正確。由于梅森素?cái)?shù)的探究需要多種學(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(guó)家的科技水平。也許這也是梅森素?cái)?shù)火爆的原因之一吧。