Азимут «Уральского следопыта»

Ряд чисел 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8… называется натуральным, а сами эти числа — натуральными. Возник этот ряд чисел в древности как результат счета предметов. Натуральный ряд чисел не скучен и не однообразен, о нем еще не все известно. Уже в Древней Греции математики заметили интереснейшие свойства натуральных чисел. Одни из этих свойств просто любопытны, другие имеют научное значение. Так, например, интересны числа 135 и 144. 135 = (1 + 3 + 5) x 1 x 3 x 5, а 144 = (1 + 4 + 4) x 1 x 4 x 4, то есть эти числа равны произведению своих цифр на их сумму.

А разве не поразительно, что сумма кубов натурального ряда чисел, начиная с 1, всегда равна квадрату суммы этих чисел. В самом деле, 1³ +2³ +3³ = 1 +8 + 27 = 36 и (1 + 2 + 3)² = 62 = 36. А занимается ли наука изучением натурального ряда чисел и свойств его или только чудаки-любители выискивают удивительное и необыкновенное в ряду «обычных» чисел? Тайны натурального ряда чисел привлекали виднейших математиков мира. Ими занимается теория чисел. Удивительная это наука! Формулировки доступны пятиклассникам, а решения их так сложны, что не найдены, хотя ими занимались крупнейшие математики, и не одно столетие. Видный ученый прошлого века Карл Фридрих Гаусс назвал арифметику царицей математики. Он имел в виду не школьный курс арифметики, а теорию чисел, которую иногда называют высшей арифметикой.

Известный немецкий математик Герман Минковский мечтал, что и «самая изысканная арифметика будет торжествовать в области физики и химии, когда, например, окажется, что существеннейшие свойства вещества аналогичны с разбиением простых чисел на сумму двух квадратов». Советский математик академик Б. Н. Делоне подтвердил мысль Г. Минковского: «Сейчас эта абстрактная область математики неожиданно мощно вторгается в самые различные отрасли науки. Она нашла применение в кристаллографии при исследовании решеток кристаллов. Теория чисел помогает решать проблемы теории информации и в сотни раз сокращать затраты машинного времени при решении специальных задач».

Какие же проблемы решает теория чисел? Это, например, проблема простых и совершенных чисел. Чем как раз и занимался странный священник с Урала Иван Михеевич Первушин…

Еще в училище он заметил: простые числа размещены в ряду натуральных чисел крайне неравномерно, то густо, то пусто. Учитель рассказал ему, что относительное число простых чисел постепенно уменьшается, что имеются такие множества натуральных последовательных чисел, среди которых нет ни одного простого числа, несмотря на то, что эти множества содержат миллион, миллиард и больше чисел. Тогда в голове у Вани и зародилась мысль, что количество простых чисел ограничено, следовательно, должно быть самое «последнее» простое число. Так казалось мальчику. Рассуждения учителя закономерно наталкивали Ваню на такую мысль. Мальчик хотел найти это громадное число. И только прочитав монографии П. Л. Чебышева «Об определении числа простых чисел, не превышающих данной величины» и «О простых числах», Первушин понял: его поиски наибольшего простого числа ни к чему не могли привести. Такого числа нет. Множество простых чисел неограниченно.

С этой задачей было покончено, но простые числа все равно не давали ему покоя. Они притягивали.

Первушин знал, что многие математики старались раскрыть закономерность распределения простых чисел в ряду натуральных, но это им не удалось сделать. Было много гипотез, но при тщательной проверке они оказывались неверными. Ошибались не только начинающие математики, но и авторитетнейшие ученые.

Один из творцов аналитической геометрии, теории вероятностей и теории чисел, известный французский математик Пьер Ферма в 1639 году высказал предположение о том, что числа вида 2^(2^n) + 1 являются простыми при любых целых неотрицательных значениях «n», то есть эта формула как бы «генератор» простых чисел. На самом деле, при n = 0 мы получаем простое число 3, при n = 1 — простое число 5, при n = 2 — простое число 17, при n = 3 — простое число 257, при n = 4 — простое число 65 537. Ферма утверждал, что и при любых других натуральных значениях «n» «генератор» будет давать только простые числа. При n = 5 он получил число 4 294 967 299. Ученый был убежден, что и это число простое, но доказать свое предположение он не смог, Только в 1733 году, то есть через 94 года после того, как Ферма высказал свое предположение, выдающийся русский математик, академик Леонард Эйлер доказал, что при n = 5 «генератор» Ферма не срабатывает, получившееся число — составное. Ферма ошибся. Может быть, это единственная осечка «генератора», — подумали ученые (авторитет Ферма был достаточно высок). Нет, не единственная.

Прошло почти 150 лет после открытия Эйлера, и математиков мира поразила новость. «Генератор» Ферма не срабатывал также и при n = 12 и при n = 23. На этот раз покой математиков нарушил безвестный священник из уральского села Замараевского Иван Михеевич Первушин. Этот упрямый человек решил задачу, над которой ломали голову известнейшие математики, задачу, которую не смог решить великий Ферма.