قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
بالنسبة للعديد من الأشخاص، تلاشت الأعداد الأولية في الخلفية منذ أيام المدرسة الابتدائية البعيدة. ومع ذلك، بالنسبة للوك ديورانت، وهو مبرمج سابق لشركة Nvidia يبلغ من العمر 36 عامًا، أصبحت الأعداد الأولية شغفًا مستهلكًا للغاية. لقد كرس ما يقرب من عام واحد واستثمر مبلغًا كبيرًا من أمواله الخاصة للكشف عن أكبر عدد أولي معروف في العالم.
إذا كنت بحاجة إلى تجديد معلوماتك، فإن الرقم الأولي هو رقم صحيح لا يمكن قسمته إلا على 1 وعلى نفسه، مثل 2 و3 و5 و7. ويتكون اكتشاف ديورانت الرائع، والذي يُسمى رسميًا M136279841، من 41,024,320 رقمًا مذهلاً ويمثل الرقم أول اختراق رئيسي منذ ما يقرب من ست سنوات.
ويُصنف هذا الاكتشاف التاريخي على أنه عدد ميرسين الأولي، والذي سمي على اسم الراهب الفرنسي مارين ميرسين، الذي درس هذه الأرقام منذ أكثر من 350 عامًا. تعد أعداد ميرسين الأولية نوعًا نادرًا من الأعداد، مما يجعل اكتشاف ديورانت لعدد ميرسين الأولي رقم 52 أكثر إثارة للإعجاب. يعتبر العدد عددًا أوليًا لميرسين فقط إذا كان من الممكن كتابته على الصورة 2ᵖ-1.
على عكس الأعداد الأولية الكبيرة الأخرى المستخدمة في بعض التطبيقات لحماية أمن الإنترنت، فإن أعداد ميرسين الأولية مهمة لأسباب أخرى. قال الدكتور كيفن بوزارد، أستاذ الرياضيات البحتة في إمبريال كوليدج لندن: “إن السجل التاريخي لأكبر عدد أولي في العالم يخبرنا شيئًا عن القدرة التاريخية لأجهزة الكمبيوتر، ويخبرنا على وجه الخصوص شيئًا عن تقدم البشرية في هذا المجال”. الذي لم يشارك في جهود ديورانت.
أعلن مشروع البحث الكبير عن أعداد ميرسين الأولية على الإنترنت، أو GIMPS، وهو مشروع مجتمعي، عن إنجاز ديورانت في 21 أكتوبر. يعد GIMPS مثالاً على علم المواطن، والذي يسمح، وفقًا لبوزارد، لغير المتخصصين بإجراء بعض اكتشافات أكبر الأعداد الأولية المعروفة.
قال ديورانت، الذي يقيم في سان خوسيه، كاليفورنيا: “أدركت أن مجتمع GIMPS قد وضع نظامًا رائعًا بتكنولوجيا مذهلة للبحث عن الأعداد الأولية الضخمة”. بعد التعرف على برنامج المشروع وتعلم كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر السحابية، قام بدمج هذه العناصر بمهارة، مما مكنه من تشغيل ما يكفي من الأنظمة العالمية لإنشاء كمبيوتر فائق السرعة بشكل لا يصدق.
يضم مجتمع GIMPS متطوعين من جميع أنحاء العالم يقومون بتشغيل برنامج المشروع على أجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بهم بحثًا عن أعداد أولية جديدة وعلماء رياضيات يقومون بتحليل نتائج ميرسين لتوسيع الاستكشاف المستقبلي.
ما الذي يلهم آلاف المتطوعين للبحث عن أكبر الأعداد الأولية في العالم؟ بالنسبة لديورانت، فهو مزيج من اهتماماته في تطوير أنظمة حوسبة كبيرة واستكشاف القيود المفروضة على قوانين الفيزياء، وتحديدًا القيود المفروضة على محتوى وسرعة الحوسبة. وقال: “أردت أن أدفع حدود الكون المعروف بأي طريقة صغيرة أستطيعها”. “هذه الأعداد الأولية الهائلة هي، في بعض النواحي، أكبر” أجزاء فريدة من المعلومات “في الكون المعروف.”
البحث عن أعداد أولية أكبر من أي وقت مضى
على الرغم من عدم وجود تطبيقات عملية لمثل هذه الأعداد الأولية الكبيرة بشكل مدهش اليوم، إلا أن ذلك لا يقلل من أهميته بالنسبة للمشاركين في المشروع. قال جورج فولتمان، مؤسس GIMPS، الذي يدير المشروع التعاوني كهواية منذ 28 عامًا، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “يعتبر هذا الاكتشاف عنصرًا جديدًا بالنسبة إلى أهل الرياضيات، فهو جوهرة نادرة وجميلة”. “ربما يكون أفضل استخدام (للبرنامج) هو إلهام الجيل القادم من علماء الرياضيات الشباب.”
تلقى ديورانت تنبيهًا أوليًا بتقدمه الأساسي مساء يوم 12 أكتوبر أثناء الانتهاء من حزم أمتعته استعدادًا للرحلة. وقال: “لقد استغرقت بعض الوقت لأقرر ما إذا كنت أشعر بالرغبة في العمل عليه على الفور للتأكد من أن الرقم الجديد هو رقم أولي، قبل أن أقرر أنه من المهم جدًا تركه جانبًا والجلوس للعودة إلى العمل”.
لاختبار أولية عدد ما، تقوم برامج GIMPS بإجراء اختبار أولي محتمل، وإذا أدى الاختبار إلى نتيجة ناجحة، يكون الرقم بشكل قاطع تقريبًا رقمًا أوليًا جديدًا. من هناك، يتم إخطار خادم GIMPS، ويتم إجراء العديد من اختبارات البدائية النهائية على أجهزة وبرامج مختلفة للتحقق من Mersenne Prime الجديد.
حتى بالنسبة للمبرمجين ذوي الخبرة مثل ديورانت، كانت النتيجة مبهجة. وقال: “أنا محظوظ للغاية لكوني مكتشف أحدث الأعداد الأولية لميرسين”. “هذه الأرقام كبيرة جدًا ونادرة الآن لدرجة أنني كنت مستعدًا تمامًا للفشل بعد عام أو عامين آخرين من الجهد.”
والأكثر من ذلك، يعتبر إنجاز ديورانت ملحوظًا باعتباره الأول من نوعه الذي يتم اكتشافه من خلال وحدات معالجة الرسومات، أو وحدات معالجة الرسومات، وفقًا لـ GIMPS. تشتهر وحدات معالجة الرسومات بأداء المعادلات الرياضية بسرعات عالية ومعالجة العديد من أجزاء البيانات في وقت واحد؛ فهي موجودة في الأجهزة اليومية مثل الهواتف الذكية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة، حيث تقدم رسومات عالية الجودة أو تدرب شبكات الذكاء الاصطناعي على معالجة كميات كبيرة من المعلومات بكفاءة.
على عكس عمليات البحث الأولية الناجحة السابقة لميرسين والتي استخدمت وحدات المعالجة المركزية، أو وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، وهي المكون الأساسي للكمبيوتر الذي يعمل كمركز تحكم لتشغيل نظام تشغيل الجهاز وتطبيقاته، أدى استخدام ديورانت لوحدات معالجة الرسومات إلى إحداث تحول في تجربته. ساعد المبرمج ميهاي بريدا في تمهيد الطريق لاكتشاف ديورانت بعد أن كتب برنامج GpuOwl، والذي كان متاحًا لجميع مستخدمي GIMPS لاختبار بدائية ميرسين منذ عام 2017.
تشتهر وحدات معالجة الرسومات الاحترافية التي استخدمها ديورانت بكفاءتها في التعامل مع العمليات الحسابية المتكررة في ثوانٍ. يتضمن الكمبيوتر العملاق الخاص بـ Durant أيضًا الآلاف من وحدات معالجة الرسومات الخاصة بالخادم، والتي تعبر 24 منطقة لمراكز البيانات في 17 دولة، وفقًا لبيان صدر عن GIMPS.
يتوقع Woltman أنه سيتم اكتشاف المزيد من الأعداد الأولية باستخدام وحدات معالجة الرسومات في المستقبل.
وقال: “إن وحدات معالجة الرسومات جيدة جدًا في معالجة معالجة الأرقام الصعبة مقارنة بوحدات المعالجة المركزية التي تناسب مجموعة واسعة من المشكلات”. “ومع ذلك، لا تحسب وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، فإنها ستظل جزءًا مهمًا من GIMPS وقد تجد الرقم الأولي التالي.”
يعزو ديورانت الكثير من نجاحه إلى التعليم الذي تلقاه في مدرسة ألاباما للرياضيات والعلوم في الهاتف المحمول وبيئتها الداعمة. قال: “إن اهتماماتي وقدراتي التقنية ترجع في جزء كبير منها إلى زملائي الطلاب وأعضاء هيئة التدريس في ASMS”.
استنادًا إلى تقدمه الجديد في Mersenne، فإن Durant مؤهل للحصول على جائزة GIMPS للاكتشاف البحثي بقيمة 3000 دولار. وقال إنه يخطط للتبرع بجائزته المالية للمدرسة الثانوية العامة. وقال: “أنا سعيد بالحصول على نتيجة يمكن أن تساعد في إظهار القليل عن مكان خاص في الجنوب”.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com