16/03/2016

A-t-on découvert une loi ordonnant les nombres premiers?

premiers.jpgDepuis quelques jours, la communauté mathématique est en ébullition. Deux chercheurs de l’université de Stanford, en Californie – Kannan Soundararajan et Robert Lemke Oliver –, aidés d’énormes processeurs, ont découvert une propriété inédite concernant les nombres premiers (représentés ci-dessus dans un graphique circulaire), qui pour rappel, ne sont divisibles que par eux-mêmes et par 1. Le pire, c’est que cette découverte est d’une simplicité affolante, au point de se demander pourquoi personne n’y a songé avant. Elle consiste à observer les chiffres terminant les nombres premiers. Ceux-ci ne peuvent en effet se terminer que par 1, 3, 7 ou 9. Pour des raisons qu’il n’est nul besoin de démontrer, une terminaison par 2, 4, 6 ou 8 est exclue – tous les nombres de cette forme étant des multiples de 2. Raisonnement identique pour 5 ou 0 et les multiples de 5. Restent donc ces quatre chiffres, seule possibilité de terminaison pour un candidat à la primalité : 1, 3, 7 et 9. Nos deux chercheurs ont donc observé tous les nombres premiers jusqu’à un milliard et ont remarqué que la fréquence d’apparition de certaines terminaisons après d’autres n’était pas équiprobable. Prenons l’exemple d’un nombre premier se terminant par 1. En toute logique, la probabilité que le premier suivant, son successeur, se termine par 1, 3, 7 ou 9 devrait être la même. Or non, justement. Il n’en est rien. Ainsi, un premier se finissant par 1 n’a que 18% de chances d’être suivi par un premier de même forme. En revanche, il y a 30% de chances qu’il soit suivi par un premier se terminant par 3 ou 7. Et 22% par un premier se terminant par le chiffre 9. Et ainsi de suite.

Le problème, c’est que ces écarts probabilistes ne sont pas minimes. Ils sont importants, conséquents. Suffisamment en tout cas pour poser question et surtout remettre en cause l’ordre a priori aléatoire de l’apparition des premiers dans la suite des entiers. D’autant plus que l’écart se creuse encore plus lorsqu’on débute la chaîne par un premier se terminant par 9. Il a alors 65% de chances supplémentaires d’être suivi par un premier se terminant par 1 que par un autre se terminant par 9. La logique voudrait que toutes ces probabilités s’équilibrent, comme je l’ai dit avant. C’est loin d’être le cas, ce qui laisse supposer l’existence d’une loi cachée ordonnant la succession des nombres premiers et leur apparition selon un critère moins aléatoire qu’on le pensait. A moins de redéfinir la notion d’aléatoire, autrement dit de l’élargir. Nous en sommes loin.

Enfin, pour réfuter cette découverte, on pourrait affirmer que ces fréquences d’apparitions ne sont pas si illogiques lorsqu’on observe tous les nombres, premiers ou pas, se terminant par 1, 3, 7 ou 9. Prenons l’exemple de la chaîne 41, 43, 47 et 49. 41 est premier. Il est suivi par 43 (ce sont en l’occurrence des jumeaux), puis par 47. La probabilité qu’il soit suivi par un premier se terminant à son tour par 1 est donc plus faible que les autres. C’est empirique et imparable, et valable pour n’importe quelle chaîne analogue. Sauf que les deux chercheurs de Stanford (photo ci-dessous) ont envisagé ce cas de figure (raisonnement) et constaté qu’il ne tenait pas la route par rapport à la magnitude des biais découlant de leur observation des nombres dans d’autres bases (exemple en base 3, où tous les nombres se terminent par 1 ou 2). En d’autres termes, les mathématiciens ont du pain sur la planche pour plusieurs décennies.

stanford.jpg

18:32 Publié dans Mathématiques, Sciences | Lien permanent | Commentaires (4) | |  Facebook | | | |

Commentaires

Et l'on ose dire qu'il n'y a pas de travail dans le monde pour les jeunes jeans intrépides sans honte. J'espère que nos jeunes héros seront récompenses par leurs efforts inhumains . . .

Écrit par : Louis Tuske | 16/03/2016

Tout ce que vous dites est passionnant, même pour ceux qui, comme moi, ont de la peine à comprendre tous les détails.
Je vous signale tout de même une toute petite erreur. Tous les nombres premiers ne se terminent pas par 1,3,7 ou 9. Il y en a un qui se termine par 2, c'est le nombre 2 !
Ceci n'enlève pourtant rien à l'intérêt de votre publication.
Charles Selleger

Écrit par : Charles Selleger | 18/03/2016

J'oubliais encore l'autre exception, qui est le nombre 5 !

Écrit par : Charles Selleger | 18/03/2016

Merci.
Oui, c'est parce que dans ce genre de raisonnement, on ne considère en général que les premiers de plus d'un chiffre.

Écrit par : Pascal Gavillet | 18/03/2016

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