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1, 2, 3, 4, 5…看起來很簡單:加1,然後得到下一個數。如果沒有數字,生活一定大亂。兵工廠隊(Arsenal FC)對曼聯(Manchester United FC)――誰勝誰負?不知道。兩隊都有進球。想查閱本書索引?嗯,贏得樂透彩的部分在書本中間的某處。至於樂透彩本身?沒有數字,連門兒都沒有。數的語言是與世界溝通的最基本工具。
即使在動物王國,數字也很重要。成群動物會依照其群體數量是否多過敵方數量,來做出戰或逃的決策。牠們的生存本能有一部分仰賴數學能力,但在簡單明顯的一串數字背後,隱含著一個最大的數學之謎。
2, 3, 5, 7, 11, 13…這些是質數,不可分割的(indivisible)數是所有其他數的構成要素,相當於數學界的氫和氧。這些數字故事的中心要角,就像珠寶般鑲嵌在無限廣袤的數當中。
儘管它們很重要,質數卻是我們追求知識時會遇到的最難纏問題之一。如何找出質數完全是一團謎,因為似乎沒有什麼神奇的公式可以讓人從一個質數導出下一個。它們就像被埋藏的寶藏,而沒有人有藏寶圖。
本章將探討我們對這些特殊數字的了解。在這段旅程中,我們將發現不同文化對質數的記錄和調查方式有多麼不同,以及音樂家如何發揮運用切分音節奏。我們會查明為什麼質數被用來與外星生物溝通,以及質數如何協助網路的保密。章末介紹一個關於質數的數學之謎,破解這個謎題可以賺進百萬美元。然而,挑戰這項最大數學難題之一以前,讓我們從當代最精采的數字謎團之一開始。
為什麼貝克漢選擇23號球衣?
2003年貝克漢(David Beckham)轉會到皇家馬德里隊(Real Madrid FC)時,對於他為什麼選擇穿23號球衣有諸多揣測。許多人認為那是個奇怪的選擇,因為他在英格蘭國家隊和曼聯都是穿7號球衣。問題是皇家馬德里隊的7號球衣已經穿在前鋒勞爾(Raúl)身上,這位西班牙隊友並沒有意思要把背號7號讓給這位來自英格蘭的金童。
於是,出現了許多理論來解釋貝克漢的選擇,最普遍的說法是喬丹(Michael Jordan)理論。皇家馬德里隊想打進美國市場,銷售大量複製版膠印(replica)球衣給龐大的美國民眾。但足球運動在美國並不風行(他們喜歡叫它soccer〔英式足球〕而非football),美國人喜歡籃球和棒球,那種終場比分是100比98,而且一定有贏家之類的比賽。他們無法忍受比賽90分鐘之後,最終沒有哪一隊進球或獲勝的0比0戰果。
根據這項理論,皇家馬德里隊已經做過研究,發現全世界最受歡迎的籃球員無疑是芝加哥公牛隊(Chicago Bull)的得分高手喬丹。喬丹的整個籃球生涯都穿23號球衣出賽。皇家馬德里隊只要把23這個數字印在足球球衣背後,然後衷心祈求發生神奇的喬丹連帶效應,讓他們順利打進美國市場。
其他人覺得這種猜測過於功利,卻提出更邪惡的理論。凱撒大帝被刺殺時,背上中了23刀。貝克漢的選擇對他的背部是一個惡兆嗎?還有人認為這個選擇可能與貝克漢喜歡電影《星際大戰》(Star Wars)有關(《星際大戰》第一集中,莉亞公主〔Princess Leia〕被關在AA23號禁閉室)。或者,貝克漢其實是混沌教派(Discordianism)的祕密成員,那是一個現代異教團體,崇尚混亂,而且對23這個數字莫名痴迷。
但是我一看到貝克漢的球衣背號,立刻想到的是數學的解釋。23是質數。質數是只能被本身和1整除的數。17和23都是質數,因為它們無法寫成兩個較小的數相乘;15不是質數,因為15=3×5。質數是數學中最重要的數,因為所有其他整數都是由質數相乘組成。
以105為例,這個數顯然可以被5整除。所以可以把它寫成105=5×21。5是質數,一個不可分割的數,但21不是:可以把它寫成3×7。所以105可以寫成3×5×7。但這是所能達到的分割程度,已經都化為質數了,這些不可分割的數組成105這個數。任何數都可以這樣處理,因為每個數要不是質數而不可分割,要不就不是質數而可以劃分成較小的不可分割數相乘。
質數是所有數的構成要素。就像分子是由原子構成,如氫和氧或鈉和氯等原子,數是由質數組成。在數學的世界, 2、3、5這些數就像氫、氦和鋰。這讓它們成為數學中最重要的數。但它們對皇家馬德里隊顯然也很重要。
開始更仔細觀察皇家馬德里隊後,我開始懷疑球隊的場邊板凳休息區可能坐了一位數學家。稍微分析後顯示,在貝克漢轉會時,皇家馬德里隊所有「銀河艦隊」(Galácticos)重要球員球衣背號都是質數:3號卡洛斯(Carlos,後防要角);5號席丹(Zidane,中場核心);勞爾和羅納度(Ronaldo,皇馬前鋒組合)分別是7號和11號。因此,貝克漢可能是無法免俗地選擇了一個質數,一個後來他非常喜愛的數字。當他轉會到洛杉磯銀河隊(LA Galaxy)時,堅持帶著他的質數背號一起,試圖爭取美國民眾對這項美好運動的支持。