Эта странная математика. На краю бесконечности и за ним - [2]

Примечание для читателя

Пролистывая страницы книги, вы можете заметить, что в ней используются символы вроде x, ω (омега), а то и א (алеф). Время от времени вам будут встречаться уравнения с незнакомыми значками, например 3 ↑↑ 3 ↑↑ 3 (особенно в главах о больших числах и бесконечности). Если вы не математик, пусть вас это не пугает – мы заранее объясним вам, что они обозначают. А пользуемся мы ими просто для краткости, чтобы немножко быстрее и глубже погрузиться в суть вопроса. Один из нас (Дэвид) уже много лет дает частные уроки математики и пока еще не встретил ни одного студента, который не смог бы ее осилить – надо только поверить в себя. И помните: мы все математики от природы, независимо от того, сознаем мы это или нет. Ну а теперь приступим.

Глава 1. Математика в основе мироздания

Случались и более странные вещи; и, пожалуй, самая странная и удивительная из всех – это то, что математикой смогло овладеть существо, родственное обезьяне.

Эрик Белл, “Развитие математики”

Физика – математическая наука не потому, что мы так много знаем о физическом мире, а потому, что знаем так мало; мы способны открывать лишь его математические свойства.

Бертран Рассел

Интеллектуальные способности Homo sapiens если и изменились за последние 100 000 лет, то не так уж сильно. Поместите в современную школу детей из эпохи, когда по Земле бродили мастодонты и шерстистые носороги, и они будут развиваться не хуже, чем их сверстники из XXI века. Их мозг был бы способен усвоить и арифметику, и геометрию, и алгебру. А при желании они вполне смогли бы изучить предмет углубленно, а там, глядишь, и стать профессорами математики в Кембридже или Гарварде.

В ходе эволюции наш нейронный аппарат выработал способность выполнять сложные вычисления и постигать такие вещи, как теория множеств и дифференциальная геометрия, – причем задолго до того, как подобным способностям нашлось применение. Есть, кстати, в этом некая загадка: зачем нам этот врожденный талант к высшей математике, если в нем нет очевидной пользы для выживания? А с другой стороны, человеческий род потому и появился и выжил, что человек превосходил конкурентов по интеллекту, способности мыслить логично, планировать наперед и задавать себе вопрос “А что, если?..”. Уступая другим видам в скорости и силе, наши предки вынуждены были полагаться на смекалку и умение просчитывать ситуацию. Логическое мышление стало нашей единственной “сверхспособностью”, а уже из него со временем развилась способность к сложному общению, использованию символов, рациональному толкованию окружающего нас мира.

Как и все животные, мы успешно выполняем сложные математические вычисления не раздумывая, с лету. Чтобы выполнить даже самые простые действия – поймать брошенный мячик (или избежать встречи с хищником, или добыть дичь), – нужно очень быстро решить множество уравнений. Попробуйте запрограммировать на выполнение таких действий робота, и сложность этих вычислений станет вам очевидна. Но огромное преимущество человека в том, что он способен переходить от конкретного к абстрактному – анализировать ситуацию, спрашивать себя “А что произойдет, если?..”, планировать загодя.

С зарождением сельского хозяйства возникла необходимость четко отслеживать смену времен года, а развитие торговли и появление поселений породило потребность в совершении сделок и ведении учета. Как для составления календарей, так и для ведения коммерческой деятельности нужна была какая-то система расчетов. Тут-то и появилась на свет элементарная математика. Одним из регионов, где она стала бурно развиваться, был Ближний Восток. Найденные археологами керамические фишки шумерских торговцев относятся к VIII тысячелетию до нашей эры и показывают, что уже тогда люди овладели представлением чисел. Правда, в то время они еще не отделяли понятие числа от самих предметов, которые нужно было сосчитать. Для счета разных объектов, например овец или кувшинов масла, использовались фишки разной формы. При обмене большим количеством фишек их запечатывали в специальные глиняные контейнеры – буллы. Для проверки содержимого буллу приходилось разбивать. Позже на них стали наносить отметки, указывающие, сколько фишек находится внутри. Со временем из таких символических изображений сформировалась система записи чисел, а сами фишки стали использоваться в качестве примитивной формы денег. Попутно понятие числа отделилось от считаемых предметов – так что, например, пять оставалось пятью, будь то козы или буханки хлеба.

На этом этапе математика кажется неразрывно связанной с повседневной реальностью. Счет и ведение учета – прикладные инструменты земледельца и торговца, и если эти методы справляются со своей задачей, какая разница, что за концепция лежит в их основе? Простая арифметика неотделима от того, что происходит вокруг нас: овца плюс овца – две овцы, две овцы плюс две овцы – четыре овцы. Казалось бы, чего проще? Но стоит задуматься, и вы поймете, что уже произошло нечто странное. Говоря “овца плюс овца”, мы предполагаем, что овцы одинаковы или, по крайней мере, что различия между ними при подсчете не имеют значения. Но овца овце рознь. То есть мы отделили от овец то качество, что объединяет их и отличает от других объектов, а затем произвели над ним действия при помощи другой абстракции, которую мы называем сложением. Это серьезный шаг. На практике, чтобы прибавить одну овцу к другой, бывает достаточно просто пустить их пастись на одно поле. Но из той же практики мы знаем, что все овцы разные, а если копнуть глубже, то, что мы называем “овцой” (как и все остальное, что нас окружает), – неотъемлемая часть вселенной. Вдобавок к этому немного тревожит тот факт, что воспринимаемое нами как объекты окружающего мира (возьмите хоть тех же овец) на деле лишь порождения нашего разума, вызванные к жизни сигналами, воздействующими на органы чувств. Даже если предположить, что овца существует объективно, из физики нам известно, что это сложнейшая временная совокупность находящихся в постоянном движении элементарных частиц. И тем не менее, считая овец, мы способны каким-то образом игнорировать все эти сложности или, точнее, даже не отдавать себе в них отчет в повседневной жизни.