第二个序列是大自然最喜欢的序列之一。在十三世纪数学家斐波那契第一次认识到这列数的重要性之后,我们称这列数为斐波那契数列,序列中的每一个数都是通过把前两个数相加而得到的。一朵花的花瓣数量总是这个序列中的一个数字。
伟大的搜寻者之一:斐波那契
第三个序列可能更具挑战性。事实上,如果你能预测 46 是这个序列中的下一个数字,我建议你可以下周六买一张彩票。这些数字是 2003 年 10 月 22 日的彩票中奖号码。(见下图)
最后一个序列当然就是质数序列,这些不可分的数字只能被自己和 1 整除。它试图去解释黎曼假设所涉及的质数序列。
面对这些一系列的数字,许多问题也随之产生。除了寻找某个规律来预测下一个数字的挑战外,数学家们也热衷于尝试去理解是否能有一些公式可以帮助得到这些数字:有没有一种方法可以在不计算前 90 个数字的情况下直接生成列表中的第 100 个数字?
在我们的前面三个序列中,前两个确实有生成其序列的公式。例如,要得到第 100 个三角形数,只需在
公式中令 N=100 。这比把 1 到 100 之间的所有数字相加要简单得多。(挑战:你能证明为什么这个公式总是有效吗?这里有一个提示:取两个三角形,构建一个 N 1 行、N 列的矩形。)
但是当你看质数的序列时,会发现它们似乎与国家彩票的数字有更多的共同点。我们似乎很难预测下一个质数何时出现,更不用说去生成一个公式,并告诉你第 100 个素数是 541 。
尽管质数具有随机性,但它们也具有普遍性。全国彩票号码没有什么特别的,从一周变到下一周。质数是永恒存在于宇宙结构中的数字。541 是质数这一事实似乎印在了宇宙的本质上。宇宙的另一边可能有不同的化学或生物学,但 541 仍然会是质数。这就是为什么许多科幻小说作家(例如卡尔·萨根,在他的经典小说《接触未来》中,也被制作成同名电影)选择质数作为外星生命与地球交流的方式。这个数字序列有一个特别的地方,如果在遥远的星系中有某种符合这个数列的律动,我们一定会注意到。
外星人可能在数百万年前就发现了质数,但人类发现质数的第一个证据是什么?有人认为,第一个认识质数的文化产生在 8000 多年前。考古学家在中赤道非洲发现了一块现在被称为 Ishango bone(伊尚戈骨的骨头),它的侧面刻有三列柱状刻痕。这根骨头上的痕迹似乎与数学相关。在其中一列中,我们发现了在 10 到 20 之间的质数。但也有人认为,这些骨头与记录日期有关,由于素数的随机性,日期列表很可能是素数列表。(您可以在伊尚戈骨展览上了解更多关于伊尚戈骨的信息。)