Глава 7
Не много, но достаточно
Небольшой по количеству, но насыщенный бесчисленными возможностями вклад Фалеса в математику оказался достаточен, чтобы зародилась наука о числах, просуществовавшая с VI века до н. э. до наших дней. Внедрение дедуктивного метода в элементарную геометрию уже было упомянуто, и некоторое время спустя мы рассмотрим метод в деталях.
Другим имевшим решающее значение нововведением стало намеренное абстрагирование или идеализация информации, полученной в результате наблюдений, для установления чистой идеи. Это, до некоторой степени пугающее описание очень простого процесса, базового для математики, науки и философии, будет рассмотрено прежде всего. Это необходимо для более полного осознания того, что принято называть знаниями или мудростью как в древности, так и теперь.
Абстрактный контрпример, как он подается в элементарной геометрии, может показать главные аспекты значительно четче, чем описание всего процесса. В 1890-х годах один своеобразный педагог выпустил учебник по элементарной геометрии, основанный на новых принципах. Его достойная цель состояла в том, чтобы сделать геометрию не только понятной для начинающих, но и доступной, как чтение газеты. Он преуспел настолько, что никто совсем ничего не мог понять. Новизна его подхода состояла в следующем: прямые линии имеют определенную и измеряемую толщину. Это, как уверял он, чистый факт каждодневного бытия. Даже самый отсталый наблюдатель в состоянии увидеть это, настаивал он, раз об этом указано. «Прямая линия», проведенная куском мела на доске, отмечал он, иногда столь же широка, что и человеческий палец, а самая дешевая линза превратит едва видимые «прямые» царапины на оконном стекле в корявые желоба.
Проблемы возникли, когда буквоеды-подростки начали шумно требовать рассказать им, сколько раз нужно расщеплять волос, чтобы получился пучок правильных линий. Подходит ли для этих целей конский волос, или нужно воспользоваться волосом из девичьего хвоста? И далее в том же духе, пока несчастный автор новой геометрии не оказался на грани от потери рассудка. Доведенный до крайности, уже пересекая порог сумасшедшего дома, этот человек, обманутый в своих надеждах, продолжал кричать, что все линии существуют только в уме геометров и что он бросил вызов всем математикам в мире, несогласным с ним. Своим дерзким вызовом ортодоксальности новый геометр задекларировал факт, который ни один математик, кроме, возможно, тех, кто придерживался реалистичных позиций в духе Платона, не стал бы оспаривать. Фалес, как предполагают, был все-таки первым из тех, кто придумал нечто абсолютно противоположное тому, чему собирался учить революционно настроенный педагог. След мела, царапины, расщепленные волосы и все иные бесчисленные, поддающиеся чувственному восприятию «прямые линии» обозначает некая абстрактная прямая линия – «длина без ширины», как самая простая идеализация их всех. Эта прямая линия геометров не существует в материальном мире. Это чистая абстракция, плод воображения или, если кому-то нравится, мысль вселенского разума. И нет необходимости выискивать недостатки типа какой ширины прямая линия, поскольку словосочетание «ширина линии» больше не имеет значения.
Этот процесс очищения повседневного опыта и абстрагирования от него, то есть выделения общей концепции, позволил создать математику, механику и теоретическую физику. Такой подход вдохновил Платона на его возвышенную мистическую философию. Геометрия линий не имеет привязки к той или иной «линии» из так называемого чувственного опыта, она связана исключительно с конкретными определениями и постулатами касательно идей или гениальных провидений, несущих пользу науке и математике, и действительна для всех типов линий, детерминированных данными определениями и постулатами.
Нынешние геометры знают, что не все может быть детерминировано как составное из простейших составляющих. Но от какого-то неразложимого минимума надо вести начало. Начало для прямых линий находится в следующих простейших абстракциях чувственного опыта: «Две прямые линии пересекаются в одной, и только в одной точке. Через две точки можно провести одну прямую линию, и только одну». В этих постулатах ни «точка», ни «прямая линия» не имеют дальнейшего уточнения или объяснения. Это два базовых, не имеющих дальнейшего деления элемента, на которых построена вся геометрия.
Любой разумный человек может видеть в «точке» и «прямой линии» общеизвестные понятия, которые, как ему представляется, он понимает интуитивно. Но каждое из этих интуитивных ощущений должно оставаться на заднем плане. Оно не должно навязываться геометрии. Подобный запрет не имеет целью встать на пути поиска мысли при формулировании теорем. Начиная с двенадцатилетнего школьника и заканчивая семидесятилетним ученым в тиши кабинета, всякий, посвятивший себя геометрии, нуждается в интуиции и пользуется ею. Только после того, как интуиция и воображение полностью исчерпают себя, они могут быть отброшены, уступив место логике.
В теоретической астрономии и физических науках процедура точно такая же. Земля, которую мы населяем и знаем благодаря нашим ощущениям, – не идеальная планета, которой она представляется в механике небесных тел. Она покрыта глубокими океанами и испещрена горными системами. Эта планета, которую учитывают в расчетах возмущений Солнечной системы, является как безразмерной частицей, наделенной массой и положением, так и гладкой без особых примет сферой, слегка покачивающейся относительно своих полюсов. И хотя солнце и планеты Солнечной системы идеализируются подобным образом, орбиты комет рассчитываются с такой точностью, что возврат перигелия кометы Галлея в 1910 году после ее отсутствия в течение примерно 75 лет был предсказан с погрешностью только в 3,03 дня – около 1 из 9125.
В настоящее время все сказанное настолько хорошо знакомо, что нас можно извинить, если мы посчитаем это явно граничащим с трюизмом. Но всякий, кому и дальнейшее покажется очевидным, является либо гением, либо просто равнодушным человеком. Просто чудесно, что идеальный мир математиков или ученых-теоретиков должен время от времени предсказывать существование непредвиденных событий «реального» мира.
Приведу известный пример такого предсказания. Положение планеты Нептун за пределами возможностей человеческого глаза было предсказано (в 1846 году) путем математических расчетов на основе закона всемирного тяготения Ньютона, и телескоп обнаружил планету очень близко к расчетному месту. Или более свежий пример (1927). Современная физика и математика на основе квантовой теории предположила существование двух видов молекул водорода, ортоводорода и параводорода, о которых химики даже не догадывались. Более того, их соотношение (3/4 и 1/4) в «водороде» совпало с расчетными. Как можно объяснить подобные предсказания?
Объяснений было представлено много, даже слишком много, чтобы предположить, что хоть одно окажется убедительным. Только самое позднее из них (1930) следует рассмотреть в данной работе, как наиболее уместное относительно магии чисел, благодаря древней истории которой и появилось на свет. Человеческий разум должен предполагать результат любого научного эксперимента до того, как опыт будет произведен, потому что можно осознавать и рассуждать последовательно только при одном условии, математическом подходе, и, более того, математические истины бессмертны. Заявлено слишком жестко, но не слишком пристрастно, как в большинстве революционных научных кредо ученых последних трех столетий. Нечто подобное уже произносилось, к этому возвращались много раз и в самых разных формах, с VI века до н. э. и вплоть до наших дней.
Некоторые математики чувствуют необходимость подчинения неизбежности. Возникает ощущение, будто их открытия и находки ожидали их в неизвестном, но вполне узнаваемом будущем. Рационалист сказал бы, что математик проектирует себя в иллюзорное время своего собственного изобретения. Будущее, в которое, как ему представляется, он проникает, на самом деле есть его собственные настоящие абстракции и доказательства – плоти и духа математики. Постоянство и универсальность математики основываются на ее абстрактности, очевидной необходимости или «обреченности» как сопутствующей строгости формальной логики.
Всеми, кто верит, что математика и логика есть плоды человеческого сознания, и необходимость и универсальность воспринимаются лишь как преходящие признаки. Сторонники теории о том, что числа были скорее найдены, чем изобретены, обнаруживают в математике бесспорное доказательство существования высшего и вечного разума, наполняющего вселенную. Первые чтут в математике гибкость и способность меняться, последние видят в математике откровение постоянства в бесконечности пространства, все несовершенство которого вносится лишь неадекватностью человеческого восприятия. По мере продвижения в направлении более ясного осознания бесконечности несовершенство пропадет, и математика засияет ярче, как безупречное олицетворение вечной истины.
Первые признаки того, что в VI веке до н. э. появление подобного учения было вполне разумно и возможно, видны на примере полудюжины простых утверждений о прямых линиях и окружностях; и, как гласят предания, Фалес некоторые из них даже доказал. Если прямая линия проходит через центр окружности, она делит окружность на две равные во всех отношениях части.
Или, например, если две стороны треугольника равны, то углы, противоположные равным сторонам, тоже равны. Эти два утверждения подтверждаются при начертании соответствующих фигур, и точно так же очевидна правота другого утверждения: если две прямые линии пересекаются, противоположные углы в точке пересечения попарно равны. Просто внимательно взглянув на чертеж, видим «истину» данного утверждения в геометрии. А если еще немного поразмышляем, то «увидим», что данные выводы не проистекают из каких-либо чисел, которые можно было бы «притянуть» к этому, но, по-видимому, сохраняют справедливость по отношению к любой окружности, любому равнобедренному треугольнику, любой паре пересекающихся прямых линий, которые только в состоянии представить человек. И это означает, что в своей области эти «утверждения» универсальны. Почему? Кто-то скажет, что это вопрос терминологии. Другие найдут утешение в утверждении, что «универсальность» абстрактных линий – это проявление высшего разума.
Четвертое утверждение практически равнозначно: если четырехугольник вписан в окружность, каждая из его диагоналей проходит через центр окружности. Этот вывод, надо признать, не производит сильного впечатления. Но, поданный в иной равнозначной формулировке, он становится, по признанию многих, самой красивой теоремой элементарной геометрии: угол, вписанный в полуокружность, есть прямой угол. Инвариантность, неизменность угла, вне зависимости от места вершины угла на полуокружности, восхищала Данте.
Каждое из приведенных четырех утверждений становится интуитивно очевидным, что явствует в процессе исследования простой фигуры, вроде тех, что ребенок играючи способен нарисовать на поверхности. Все четыре могли быть известны задолго до VI века до н. э., когда впервые в истории их внимательно рассмотрели, но не глазами безучастного ребенка, а пристальным взглядом мудрого человека.
Подобно многим, видевшим справедливость данных утверждений, Фалес также полагал, что очевидность эта интуитивная в смысле видимой «истины». Далее, вполне вероятно, он стал сомневаться в неизбежности столь простых истин в геометрии. Что мы подразумеваем, когда говорим: утверждение о фигуре, составленной из прямых линий, справедливо? Если Фалес и не так формулировал вопрос самому себе или никак его не формулировал, дальнейшее его поведение свидетельствует, что он все-таки сомневался. О действиях Фалеса нам придется судить по записям греческих историков, составивших эти записи много позже того времени, когда Фалеса уже не волновали проблемы прямых линий и окружностей. Историки немногословны, вплоть до неясности, но важно, что именно Фалес ввел абстракцию и доказательства в изучение линий как прямых, так и изогнутых. Доказательство придало значимость справедливости утверждений, как только оно появилось в геометрии. И позволило Платону и его ученикам вообразить, будто они дали смысл доказательству.
Геометрия Египта и Вавилонии еще не оторвалась от своих сугубо утилитарных корней, когда Фалес привез ее в Грецию. Она продолжала в основном заниматься эмпирическими правилами исчисления площадей и объемов.
Предположение о паре равных углов, созданных двумя пересекающимися прямыми линиями, едва ли пришло бы в голову практичным умам, занятым строительством пирамид и рытьем каналов. И все же это предположение часто требуется при доказательстве других предположений, которые ни очевидны, ни бесполезны. Это справедливо и для идеальных абстрактных линий в геометрии, не предназначенных для простых практичных умов, которые не воспринимают их серьезно. В переходе от конкретики чувственного опыта к абстракции идеальных конструкций Фалес совершил прорыв в вечность, опередив своих современников на тысячи лет и целую вселенную.
Вторым его столь же эпохальным деянием стало предположение о том, что некоторые абстракции геометрических фактов, выявленных обычным наблюдением, могут быть выведены из абстракций фактов простейшего уровня, но того же рода. Как утверждают, он «доказал» некоторые из своих теорем «ощутимым», «интуитивным» или «чувственным» методом египтян, говоря: «Я так вижу». Другие же теоремы, и в этом кардинальное отличие для развития науки, математики и философии, он, по описанию, «доказал», или попытался прийти к доказательству «абстрактным», «обобщенным» или «универсальным» методом классических греческих математиков. Вольное толкование последних оправдано обстоятельствами, при которых это было сделано. Адресованы тексты были греческим математикам, жившим много позже Фалеса. Для этих людей греческий метод доказательства означал только прямые дедуктивные рассуждения.
Дабы не воздавать хвалу Фалесу больше, чем он того заслуживает, следует упомянуть, что отдельные историки признают, что он правильно пользовался дедуктивным методом, но не осознал всеобщность процесса: подробное изложение допущений с последующими строго логическими и последовательными выводами. С большей очевидностью, чем сейчас была приведена, подобные выводы не могут быть опровергнуты, как и не могут быть подтверждены. Любой компетентный критик не позволит себе отрицать вклад Фалеса, которому отдают должное за частичное внедрение доказательного процесса в математике. По-настоящему же хвала за развитие полноценного дедуктивного метода воздается отцу западной магии чисел Пифагору. Фалес, скорее всего, был лишен магии и был привержен одному только разуму. Два следующих факта из безвозвратного прошлого могут полностью исчерпать тему его вклада как в математику, так и в философию.
Интерес к первому факту больше исторический. Его значение для развития ранней греческой философии и математики проявится в связи с Зеноном и его несносными парадоксами.
Пирамида Хеопса в Древнем мире считалась чудом из чудес. Подобно всякому греческому путешественнику в Египет, Фалес тщательно изучил этот впечатляющий памятник мумии фараона. Вырождающиеся жрецы демонстрировали пирамиду своему гостю, последнее доказательство утраченной Египтом цивилизации, куда большей, чем грекам суждено когда-либо познать. Если даже колоссальная глыба и внушила благоговейный трепет недавно цивилизованному греку, хотя бы тенью, которую она далеко отбрасывала на пески, он умудрился скрыть свое изумление. К смущению принимающей стороны, Фалес с будничным видом приступил к определению высоты их колоссальной пирамиды. Потрясенные дерзостью непосвященного, священнослужители даже не могли себе представить, как простой смертный без лишних усилий сможет закончить, казалось бы, невыполнимое. Уже сотни веков все головы, им подобные, были столь же пусты, как и череп их мумифицированного фараона. Века, проведенные в бормотании над Книгой мертвых, атрофировали их представления о жизни, а прошлое величие их строителей уже стерлось из памяти. Египет разваливался, Греция стояла на пороге развития.
Существуют две версии того, как Фалес сотворил чудо. Простейшая утверждает, что Фалес измерил тень пирамиды, когда его собственная тень сравнялась с ним по росту.
Все, кто хоть чуть-чуть помнит курс школьной геометрии, поймет, как он получил ответ.
Вторая версия почти повторяет первую. Она напрямую связана с основным выводом одной из самых полезных теорем геометрии. Напомним ее: треугольники ABC, PQR таковы, что внутренние углы А, В, С соответственно равны внутренним углам P, Q, R. АВ – сторона между вершинами А и В. Это означает, что ей соответствует определенное число, определяющее длину стороны, что справедливо и для всех остальных сторон треугольников. Теорема утверждает, что соотношения
равны.
Фалесу приписывают доказательство данной теоремы. Он вполне мог бы доказать ее для треугольников, чьи стороны измеряются общеизвестными целыми числами. И он, весьма вероятно, не смог бы этого сделать, если бы речь шла не о целых числах, поскольку числа, требуемые для измерения сторон, не могли быть придуманы при его жизни.
Открытие Пифагором единственного образца соответствующих чисел стало главным поворотным моментом не столько для математики, сколько для эволюции метафизики. Мы еще отметим это влияние на оба направления, сейчас же мы рассмотрим предполагаемое доказательство Фалеса, и это больше чем простой интерес. Доказательство, устраивающее величайшего математика одного поколения, легко оказывается вызывающе ошибочным или неполным для школьника более поздней формации. В наши дни прилежный ученик средней школы может определить скользкие места в любом доказательстве из тех, что принадлежали Фалесу. И не потому, что он как математик много сильнее, чем Фалес, а потому, что наиболее талантливые математики в истории за три века, последовавшие за эпохой Фалеса, придерживались абстрактного мышления и дедуктивного метода, открытого им.
Вторая позиция, представляющая интерес, дезавуирует ранее сказанное. Уже упоминались в связи с дедуктивным методом доказательство, о котором древние египтяне, вполне возможно, догадывались, и сомнительная очевидность этого факта, базирующегося на свидетельских показаниях одного человека. Человек, о котором пойдет речь, – это Демокрит, живший в 460–362 годах до н. э., ярый поборник атомистической теории. Демокрит, по прозвищу «смеющийся философ», начал жизнь весьма обеспеченным человеком, видел мир во всем его многообразии, вконец промотался и умер, смеясь, в возрасте почти ста лет, а некоторые говорят, что буквально в канун своего столетия. Как свидетельствуют следующие эпизоды из его автобиографии, «смеющийся философ» не отличался скромностью.
«Я странствовал по земле больше любого другого своего современника, – начинает он, – с целью изучения наиболее трудных вопросов. Я изучил много климатов и много разных земель, и я выслушал бесчисленное множество мудрых людей. Но до сих пор, – продолжает он, распаляя себя, – никто не превзошел меня в построении линий, в построении с наглядным доказательством. Даже египетские изготовители канатов, с которыми я прожил целых пять лет».
Что касается «доказательства», то Демокрит либо знал больше о египетской математике или он продемонстрировал сардонический выпад в сторону своего уважаемого соотечественника Фалеса. Если египтяне что-то действительно доказывали в своей эмпирической геометрии, скорее уж Фалес услышал от них о доказательстве, чем они, узнав о его изобретении, тотчас начали применять его на практике. В VI веке до н. э. египтяне не были, насколько это известно, знамениты своей любовью к абстракции, и кажется маловероятным, будто они ухватились за эту идею. Если же Демокрит не занимался саркастической мистификацией, то, вполне возможно, страдал провалами в памяти в старости. Как бы то ни было, Фалес продолжает неколебимо красоваться у основания западной мысли как в математике, так и в философии. И это несмотря на его спорное утверждение: «Всё полно богов».