ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
Σάββατο 22 Ιούνη 2024 - Κυριακή 23 Ιούνη 2024
Σελ. /40
Αίνιγμα των πρώτων αριθμών ταλαιπωρεί τους μαθηματικούς επί έναν αιώνα

Ενδεικτικό τμήμα της διαδικασίας εφαρμογής του «κόσκινου του Ερατοσθένη»
Ενδεικτικό τμήμα της διαδικασίας εφαρμογής του «κόσκινου του Ερατοσθένη»
Οι πρώτοι αριθμοί, δηλαδή οι θετικοί ακέραιοι, που διαιρούνται ακριβώς μόνο με το 1 και τον εαυτό τους (π.χ. 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, ...) παίζουν σημαντικό ρόλο στην κρυπτογραφία και σε άλλους τομείς. Πέρα από αυτές τις σύγχρονες χρήσεις, οι πρώτοι αριθμοί από την αρχαιότητα ήταν πόλος έλξης του ενδιαφέροντος των φυσικών φιλοσόφων και αργότερα των μαθηματικών, καθώς παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Ενα απ' αυτά, που συνεχίζει να αποτελεί αίνιγμα και για τους σύγχρονους μαθηματικούς που ειδικεύονται στη θεωρία αριθμών, είναι η εικασία των δίδυμων πρώτων αριθμών.

Πρόκειται για μια εικασία που, όπως συμβαίνει συχνά στα Μαθηματικά, είναι εύκολο να την καταλάβεις αλλά εξαιρετικά δύσκολο να την αποδείξεις. Δίδυμοι πρώτοι αριθμοί είναι οι πρώτοι αριθμοί μεταξύ των οποίων παρεμβάλλεται μόνο ένας άλλος αριθμός. Ο παρεμβαλλόμενος αριθμός είναι σύνθετος (όχι πρώτος), δηλαδή μπορεί να αναλυθεί σε γινόμενο πρώτων παραγόντων και πάντα ζυγός, αφού ο μόνος ζυγός αριθμός που είναι πρώτος είναι το 2. Τέτοιοι δίδυμοι πρώτοι είναι το 3 και το 5, το 5 και το 7, το 17 και το 19. Μπορεί να βρει κανείς πολλούς δίδυμους στους μικρούς αριθμούς, αλλά όταν οι αριθμοί μεγαλώνουν οι δίδυμοι σπανίζουν όλο και περισσότερο. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, καθώς οι πρώτοι αριθμοί είναι αυξανόμενα σπάνιοι μεταξύ των μεγάλων αριθμών. Ωστόσο, γνωρίζουμε από την αρχαιότητα ότι υπάρχουν άπειροι πρώτοι αριθμοί, και η εικασία των δίδυμων πρώτων λέει ότι υπάρχουν και άπειροι δίδυμοι πρώτοι αριθμοί.

Κόσκινο

Την απόδειξη της απειρίας των πρώτων αριθμών την έδωσε ο Ευκλείδης πριν 2.000 και πλέον χρόνια, με ένα πείραμα σκέψης: Ας υποθέσουμε ότι υπήρχε πεπερασμένος αριθμός πρώτων αριθμών, με τον μεγαλύτερο να είναι ο ρ. Τότε όλοι οι πρώτοι αριθμοί έως τον ρ θα μπορούσαν να πολλαπλασιαστούν μεταξύ τους και στο γινόμενο να προσθέσουμε το 1. Το άθροισμα δεν θα μπορούσε να διαιρεθεί με κανέναν από τους πρώτους αριθμούς. Αλλά αυτό σημαίνει ότι το άθροισμα ή θα ήταν πρώτος αριθμός, ή θα είχε πρώτους παράγοντες που δεν εμφανίζονται στο σύνολο των πρώτων αριθμών έως τον ρ. Αρα, πάντα μπορούν να κατασκευαστούν επιπλέον πρώτοι αριθμοί. Κατά συνέπεια, υπάρχουν άπειροι πρώτοι αριθμοί.

Μυστήριο παραμένει η κατανομή των πρώτων αριθμών στη γραμμή των αριθμών. Κατά μέσο όρο η απόσταση μεταξύ διαδοχικών πρώτων αριθμών ισούται με τον φυσικό λογάριθμο του μικρότερου απ' αυτούς. Για το 19 η απόσταση είναι περίπου 3. Για τον πρώτο αριθμό 2.147.483.647 είναι 22, ενώ για έναν πρώτο με 183 ψηφία η απόσταση είναι 420. Ακριβώς επειδή η μέση απόσταση μεταξύ των διαδοχικών πρώτων αριθμών μεγαλώνει όσο μεγαλώνουν οι αριθμοί, οι δίδυμοι πρώτοι, που απέχουν μόνο έναν ενδιάμεσο αριθμό, είναι τόσο ενδιαφέροντες για τους μαθηματικούς. Μήπως υπάρχει ένα όριο πέρα από το οποίο δεν συναντώνται πια δίδυμοι πρώτοι; Οι περισσότεροι ειδικοί διαφωνούν με το ενδεχόμενο ύπαρξης ενός τέτοιου αυθαίρετου ορίου.

Πλησίασμα

Με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών, το μέχρι τώρα μεγαλύτερο ζεύγος δίδυμων πρώτων αριθμών που έχει εντοπιστεί αποτελείται από 388.342 ψηφία. Ομως η έρευνα με υπολογιστές δεν πρόκειται ποτέ να αποδείξει την απειρία των δίδυμων πρώτων. Ενας άγνωστος έως το 2013 μαθηματικός, ο Γιτάνγκ Ζανγκ, κατάφερε με μελέτη που δημοσίευσε να αποδείξει όχι την εικασία της απειρίας των διδύμων, αλλά ότι υπάρχουν άπειρα ζευγάρια πρώτων αριθμών οι οποίοι απέχουν λιγότερο από 70 εκατομμύρια. Η απόδειξη αυτή ήταν τεράστιο βήμα προς τα μπρος, καθώς οι μαθηματικοί ενδιαφέρονται και για άλλα ζευγάρια πρώτων, όπως εκείνα που απέχουν 4 αριθμούς και ονομάζονται ξαδέρφια πρώτοι αριθμοί.

Ο Ζανγκ χρησιμοποίησε μια μεθοδολογία ανάλογη με το γνωστό από την αρχαιότητα κόσκινο του Ερατοσθένη, όπου σε έναν πίνακα με τους φυσικούς αριθμούς αρχίζει κανείς να διαγράφει τα πολλαπλάσια του πρώτου πρώτου αριθμού, δηλαδή του 2, μετά τα πολλαπλάσια του επόμενου, δηλαδή του 3, κ.ο.κ., μέχρι που στον πίνακα απομένουν μόνο οι πρώτοι αριθμοί που περιείχε. Ομως το κόσκινο του Ερατοσθένη δεν μπορεί να εφαρμοστεί για γενικές δηλώσεις σχετικά με τους πρώτους αριθμούς. Γι' αυτό ο Ζανγκ χρησιμοποίησε μια παραλλαγή του, για να «κοσκινίσει» μόνο τους αριθμούς που διαιρούνται με μεγάλους πρώτους αριθμούς. Λίγο καιρό μετά την επιστημονική δημοσίευση του Ζανγκ, άλλοι μαθηματικοί κατάφεραν να περιορίσουν την απόσταση από 70.000.000 σε 246, ρεκόρ που δεν έχει σπάσει μέχρι σήμερα. Αυτό σημαίνει ότι αν δεις όλα τα ζευγάρια πρώτων αριθμών που απέχουν μεταξύ τους μέχρι 246 αριθμούς, τότε υπάρχει τουλάχιστον ένα τέτοιο ζευγάρι που εμφανίζεται άπειρες φορές. Ωστόσο η απειρία των δίδυμων πρώτων δεν έχει αποδειχθεί ακόμα.


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγές: www.nasa.gov, «Scientific American»

ΑΠΟ ΑΝΑΒΟΛΗ ΣΕ ΑΝΑΒΟΛΗ Η ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ ΤΟΥ ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟΥ ΤΗΣ «BOEING»
Εγκλωβισμένοι στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό οι δύο αστροναύτες του Starliner

Το Starliner συνδεδεμένο με τον ΔΔΣ και η Γη ως φόντο
Το Starliner συνδεδεμένο με τον ΔΔΣ και η Γη ως φόντο
Από αναβολή σε αναβολή πάει η επιστροφή στη Γη των δύο Αμερικανών αστροναυτών Μπουτς Γουίλμορ και Σούνι Γουίλιαμς, που μετέφερε το νέο διαστημόπλοιο Starliner της «Boeing» στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΔΣ) στις 6 Ιούνη. Καθώς η πτήση ήταν δοκιμαστική και οι αστροναύτες δεν επρόκειτο να αποτελέσουν μέλη του πληρώματος του ΔΔΣ, που αυτήν την περίοδο είναι πλήρες, η αποστολή τους θα ήταν ολιγοήμερη. Η μακρόχρονη παραμονή τους θα δημιουργούσε πρόβλημα στη λειτουργία του σταθμού, λόγω της επιπλέον κατανάλωσης τροφίμων, νερού και άλλων πόρων, που δεν είχε προβλεφθεί.

Αρχικά η επιστροφή των δύο αστροναυτών προγραμματιζόταν να πραγματοποιηθεί στις 18 Ιούνη, μετά μετατέθηκε «όχι νωρίτερα από τις 22» και τώρα έχει μετατεθεί «όχι νωρίτερα από τις 25 Ιούνη». Η NASA και η «Boeing» ανακοινώνουν ότι το πλήρωμα του Starliner αξιοποιεί τον χρόνο για να κάνει επιπλέον μετρήσεις και δοκιμές σχετικά με τη λειτουργία του σκάφους, αλλά η αλήθεια είναι ότι οι δύο πλευρές βρίσκονται σε διαβουλεύσεις για το πώς θα επιτευχθεί ασφαλής επιστροφή των αστροναυτών της NASA, με ένα σκάφος που παρουσίασε σειρά προβλημάτων κατά τη φάση ανόδου σε τροχιά. Συγκεκριμένα, διαπιστώθηκε πριν την εκτόξευση - αλλά αγνοήθηκε ως ακίνδυνη - μια διαρροή αερίου ηλίου στο Starliner, όταν βρέθηκε στο Διάστημα εντοπίστηκαν άλλες δύο παρόμοιες διαρροές, ενώ πέντε από τους προωθητήρες ελιγμών για την προσέγγιση στον ΔΔΣ δεν λειτούργησαν! Μέρος των ελέγχων που πραγματοποιεί το πλήρωμα του Starliner είναι η δοκιμαστική πυροδότηση των προωθητήρων, ώστε να εξακριβωθεί αν το σκάφος θα μπορέσει να ελέγξει την επάνοδό του στην ατμόσφαιρα και δεν θα κινδυνέψει να καεί μέσα σε αυτή. Ανοιχτό παραμένει το ζήτημα αν τελικά θα χρειαστεί έκτακτη πτήση διάσωσης, που βεβαίως θα πραγματοποιηθεί με διαστημόπλοιο της «SpaceX», κάτι που θα αποτελούσε μεγάλη ήττα για την «Boeing». Βεβαίως, αυτό που διακυβεύεται είναι η ζωή των δύο αστροναυτών.

Αν τελικά το Starliner τα καταφέρει, όταν πλησιάσει στα πυκνότερα στρώματα της ατμόσφαιρας θα ανοίξει αλεξίπτωτα και θα πραγματοποιήσει προσεδάφιση σε ερημική περιοχή των ΗΠΑ, με αερόσακους στο κάτω μέρος του να ανοίγουν πριν την επαφή με το έδαφος για να την κάνουν πιο ομαλή. Θα είναι η πρώτη προσεδάφιση αντί προσθαλάσσωσης αμερικανικού διαστημοπλοίου στην Ιστορία, καθώς οι ΗΠΑ είχαν απορρίψει αυτήν τη μέθοδο, την οποία χρησιμοποιούσε η Σοβιετική Ενωση ήδη από τη δεκαετία του 1960.

Μετά το γραφένιο, τώρα και χρυσένιο!

Μια σημαντική εξέλιξη στον τομέα της επιστήμης των υλικών πέτυχαν Σουηδοί επιστήμονες, καθώς κατάφεραν για πρώτη φορά να κατασκευάσουν ελεύθερα μικροσκοπικά φύλλα χρυσού, πάχους ενός ατόμου! Πρόκειται γενικότερα για το πρώτο μονοατομικού πάχους μεταλλικό φύλλο, καθώς τα άτομα των μετάλλων προτιμούν να συσσωματώνονται σε τρισδιάστατα σωματίδια. Τα πράγματα με τα αμέταλλα είναι πιο εύκολα, και γι' αυτό εδώ και πολλά χρόνια έγινε εφικτή η παρασκευή μονοατομικού πάχους φύλλων άνθρακα, που ονομάστηκαν γραφένιο (μορφή γραφίτη). Κατ' αντιστοιχία, τα ακραία λεπτά φύλλα χρυσού ονομάστηκαν χρυσένιο.

Ο χρυσός παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως υλικό, επειδή τα νανοσωματίδιά του ήδη χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική, στη φωτονική, σε αισθητήρες, στη φαρμακολογία και αλλού. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι το χρυσένιο θα επιδείξει ένα ιδιαίτερο σύνολο νέων ιδιοτήτων, όπως συνέβη και με το γραφένιο συγκριτικά με τις προηγούμενα γνωστές μορφές του άνθρακα.

Η έρευνα που οδήγησε στο χρυσένιο ήταν συνέχεια προηγούμενης που είχε επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα, θερμαίνοντας στους 670 βαθμούς Κελσίου διαστρωματωμένα φιλμ υλικών πάνω σε υπόστρωμα καρβιδίου του τιτανιούχου πυριτίου και αναγκάζοντας άτομα χρυσού να αντικαταστήσουν ορισμένα άτομα πυριτίου. Ομως στην περίπτωση εκείνη το μονοατομικό στρώμα χρυσού ήταν αδύνατο να διαχωριστεί από το υπόστρωμα.

Με τη νέα μέθοδο οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το αντιδραστήριο Μουρακάμι, ένα διάλυμα που χρησιμοποιείται σε ηλικίας ενός αιώνα τεχνική χάραξης σπαθιών σαμουράι και άλλων μετάλλων. Καταρχήν το πείραμα δεν πέτυχε, καθώς στην περίπτωση αυτή ο χρυσός και υλικό από το υπόστρωμα τελικά διαλύονταν. Μια πληροφορία ηλικίας επίσης ενός αιώνα από γερμανικό επιστημονικό άρθρο, που αναφερόταν σε ένα από τα συστατικά του διαλύματος ως «ενεργοποιούμενο από το φως κυανίδιο», οδήγησε τους επιστήμονες να δοκιμάσουν το πείραμα σε συνθήκες σκότους. Τότε, επιτέλους, κατάφεραν να φτιάξουν ελεύθερα φύλλα χρυσενίου, διαμέτρου ενός δεκάτου του εκατομμυριοστού του μέτρου.

Ηδη διαπιστώθηκε ότι το χρυσένιο μπορεί να είναι πολύ πιο αποτελεσματικό από τα πολυατομικά στρώματα χρυσού στην κατάλυση χημικών αντιδράσεων. Η διερεύνηση των ιδιοτήτων του θα συνεχιστεί περαιτέρω, ενώ πρόκειται να δοκιμαστούν ανάλογες μέθοδοι για παρασκευή μονοατομικού πάχους φύλλων και άλλων μετάλλων.



Ευρωεκλογές Ιούνη 2024
Μνημεία & Μουσεία Αγώνων του Λαού
Ο καθημερινός ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ 1 ευρώ