Апология математика
Шрифт:
17
Второе свойство, которое я потребовал от значительной идеи, - её глубина. Определить его ещё труднее. Оно каким-то образом связано с трудностью; "более глубокие" идеи обычно труднее постичь, но вместе с тем это не одно и то же. Идеи, лежащие в основании теоремы Пифагора и её обобщений весьма глубоки, но современный математик не счёл бы их трудными. С другой стороны, теорема может быть в сущности поверхностна, но очень трудна для доказательства (таковы, например, очень многие "диофантовы"[ 120 ] теоремы, т.е. теоремы о решении уравнений в целых числах).
120
Диофант (ок 250) - математик эпохи эллинизма. Сохранились два его сочинения: "Арифметика" и "О многоугольных числах".
Создаётся впечатление, что математические
Сосредоточим внимание на отношениях между целыми числами или в какой-нибудь другой группе объектов, лежащих в каком-нибудь конкретном слое. Может случиться так, что одно из этих отношений окажется полностью понятным, что мы сможем распознать и доказать, например, какое-нибудь свойство целых чисел, не зная о содержании слоев, расположенных ниже. Так, теорему Евклида мы доказали, рассматривая только свойства целых чисел. Но существует также немало теорем о целых числах, которые мы не можем должным образом оценить и ещё в меньшей степени доказать, не "копая" глубже и не выясняя того, что происходит в лежащих ниже слоях.
Нетрудно привести соответствующие примеры из теории простых чисел. Теорема Евклида очень важна, но не отличается особой глубиной: мы можем доказать, что существует бесконечно много простых чисел, не пользуясь ничем глубже понятия "делимости". Но как только мы узнаем, что простых чисел бесконечно много, сразу же возникают новые вопросы. Да, простых чисел бесконечно много, но как они распределены? Пусть N - некоторое большое число, например,
13
Предполагается, что во всей Вселенной содержится около 1080 протонов. Число 101010, если его записать в развернутом виде, заняло бы около 50000 томов средней величины.
14
В %14 я упомянул о том, что существует 50847478 простых чисел, не превосходящих числа 1000000000, но это предел, до которого простирается наше точное значение.
Я мог бы легко увеличить число примеров, но понятие "глубины" неуловимо даже для математика, способного его распознать, и вряд ли я могу сказать ещё что-нибудь об этом понятии, что будет особенно полезным читателям-неспециалистам.
18
Есть ещё один вопрос, оставшийся после §11, где я позволил себе сравнить "настоящую" математику и шахматы. Мы можем считать теперь не подлежащим сомнению, что по самой своей сути, серьёзности и значимости настоящая математическая теорема имеет подавляющее преимущество перед шахматами. Для тренированного интеллекта почти столь же очевидно, что настоящая математика обладает большим преимуществом и в красоте, но это преимущество гораздо труднее определить или указать его местоположение, так как основной дефект шахматной задачи заключается просто в её "тривиальности", и контраст в этом отношении смешивается с любым чисто эстетическим соображением и возмущает последнее. Какие "чисто эстетические" свойства мы можем обнаружить в таких теоремах, как теорема Евклида и теорема Пифагора? Я рискну сделать лишь несколько разрозненных замечаний.
И та и другая теорема (разумеется, в теоремы я включаю не только формулировки, но и доказательства) отличаются весьма высокой степенью неожиданности в сочетании с непреложностью и экономичностью. Доказательства необычны и удивительны по форме; используемые инструменты кажутся по-детски простыми по сравнению с далеко идущими результатами, но все заключения с необходимостью вытекают из теоремы. Детали не загромождают основную линию доказательства - в каждом случае достаточно атаковать только в одном направлении. То же самое относится и к доказательству многих
Шахматная задача также обладает неожиданностью и определённой экономичностью. Существенно, чтобы ход был неожиданным и чтобы каждая фигура на шахматной доске играла свою роль. Но эстетический эффект обладает кумулятивным действием. Существенно также (если только шахматная задача не слишком проста для того, чтобы быть по-настоящему занимательной), чтобы ходы, следующие за ключевым ходом, допускали много вариаций, каждая из которых требовала бы своего индивидуального ответа. "Если белые делают ход пешкой на b5, то чёрные отвечают ходом коня на e6, если ..., то ..., если ..., то...". Эффект был бы испорчен, не будь у игроков на каждый ход противника так много различных вариантов ответных ходов. Всё это самая настоящая математика и имеет она свои достоинства, но шахматные доказательства принадлежат к числу тех самых доказательств путём перечисления всех мыслимых случаев, которые по существу отличаются друг от друга не так уж сильно( 15 ), к которым в настоящей математике принято относиться с презрением.
15
Мне кажется, что теперь достоинством шахматной проблемы считается наличие у нее многих вариаций решений одного и того же типа.
Я склонен думать, что мог бы усилить свою аргументацию, апеллируя к чувствам самих шахматистов. Не подлежит сомнению, что шахматный мастер, участник выдающихся партий и матчей, в глубине души с презрением относится к чисто математическому искусству шахматного задачерешателя. У настоящего шахматного мастера всегда есть немало в резерве, из которого он может почерпнуть нужный ход в случае необходимости: "если мой оппонент сделает такой-то ход, то я смогу парировать его такой-то выигрышной комбинацией". Но выдающаяся шахматная партия представляет собой главным образом психологический поединок, конфликт между одним тренированным интеллектом и другим, а не только коллекцию небольших математических теорем.
19
Мне необходимо вернуться к моей оксфордской апологии и рассмотреть немного более внимательно некоторые из пунктов, которые я отложил в §6. Теперь уже очевидно, что математика интересует меня только как искусство, как вид творческой деятельности. Но следует рассмотреть и другие вопросы, в частности, вопрос о "полезности" (или бесполезности) математики, по поводу которого существует много неясности. Нам необходимо также обсудить, так ли "безвредна" математика в действительности, как я утверждал в своей оксфордской лекции.
Науку или искусство принято считать "полезными", если они, хотя бы косвенно, увеличивают материальное благосостояние и комфорт людей, или способствуют их счастью, если воспользоваться этим словом в его примитивном обыденном смысле. Например, медицина и физиология полезны, так как они исцеляют страдания, инженерное дело полезно, так как оно помогает нам возводить дома и мосты и тем самым способствует повышению уровня жизни (разумеется, инженерное дело также причиняет и вред, но сейчас речь идёт не об этом). В этом смысле какая-то часть математики несомненно полезна. Инженеры не могли бы справляться со своей работой без хорошего "работающего" знания математики, и математика начинает находить приложение даже в физиологии. Таким образом, здесь мы находим почву для защиты математики. Возможно, это не лучшая и даже не особенно сильная защита, но нам необходимо её изучить. Более "благородные" приложения математики, если таковые существуют, приложения, разделяемые математикой со всеми видами творческой деятельности, для нашего анализа несущественны. Подобно поэзии или музыке, математика может способствовать "развитию и поддержанию возможной привычки ума" и тем самым увеличивать счастье математиков и даже нематематиков, но защита математики на этом основании означала бы повторение того, что я уже сказал. То, что нам необходимо проанализировать сейчас, - "грубая" польза от математики.
20
Всё это может показаться вполне очевидным, но даже здесь нередко бывает много путаницы, так как самыми "полезными" предметами обычно бывают те, изучать которые для большинства из нас особенно бесполезно. Полезно иметь в обществе адекватное количество физиологов и инженеров, но для обычных людей изучение физиологии или инженерного дела - не самые полезные занятия (хотя изучение этих предметов можно отстаивать, исходя из других оснований). Со своей стороны должен заметить, что никогда не оказывался в положении, когда бы научные знания, которыми я обладаю помимо чистой математики, давали бы мне малейшее преимущество.