令人着迷的梅森素数

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  2016年1月7日,美国数学家库珀发现第49个梅森素数274207281-1,即2的74207281次方减1。这个超大素数有22338618位,是目前已知的最大素数。如果用普通字号将它连续打印下来,它的长度可超过65千米!
  
  梅森素数是一种特殊的素数,它是数论研究的一项重要内容,也是当今科学研究的热点与难点之一。所谓梅森数,是指形如2p-1的一类数,其中指数p是素数,常记为Mp 。如果梅森数是素数,就称为梅森素数。用因式分解法可以证明,若2n-1是素数,则指数n也是素数;反之,当n是素数时,2n-1却未必是素数。前几个较小的梅森数大都是素数,然而梅森数越大,梅森素数也就越难出现。
  是否存在无穷多个梅森素数是数论中未解决的著名难题之一,300多年来,人类仅发现49个梅森素数,由于这种素数珍奇而迷人,因此被人们誉为 “数海明珠”。
  梅森素数的神秘诞生
  1588年9月8日,数学家梅森出生在法国奥泽的一个工人家庭,16岁时进入耶稣会办的学校学习,1609年从巴黎的索邦神学院毕业后任神职人员,1619年到拉农西亚德女修道院教授神学和哲学。
  梅森有很高的科学素养,其研究涉及声学、光学、力学、航海学和数学等多个学科,并有“声学之父”的美誉。他是17世纪欧洲科学界一位独特的、极具魅力的人物,他学识广博、才华横溢,是当时法国许多科学家的密友。当时,大多数科学家喜欢以相互通信的方式交流科学思想,许多数学家都乐于将研究成果寄给梅森,然后凭借他热情诚挚的性格和丰富的社交圈,研究成果会在科学界广泛传播开来。梅森起到了科学交流的桥梁作用,被誉为“有定期数学杂志之前的数学的交换站”。由于梅森学识渊博、才华横溢、为人热情以及最早系统而深入地研究2p-1型的数,为了纪念他,1897年在瑞士苏黎世举行的首届国际数学家大会(ICM)就将2p-1型的数称为梅森数,并以Mp记之(其中M为梅森姓氏的首字母);如果Mp为素数,则称之为梅森素数。
  在梅森研究2p-1型的素数之前,法国数学家费马曾与他进行过相关交流。1640年6月,费马在给梅森的一封信中写道:“在艰深的数论研究中,我发现了三个非常重要的性质。我自信它们将成为今后解决素数问题的基础。”这封信讨论了形式为2n-1的素数。2n-1最早出现在欧几里得《几何原本》(公元前300年左右)第九章命题6中。梅森以此作为基础,花4年时间研究、检验了直至2257-1的全部数,并于1644年在他的《物理数学随感》一书中写道:“总结前人的工作和我个人的研究,可以得到结论:在n小于或等于257的数中,仅当n=2、3、5、7、13、17、19时,2n-1是素数,并猜想n=31、67、127和257时,2n-1是素数;对于n
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