Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике.
Шрифт:
Британская математика в XIX столетии демонстрировала странную асимметрию в своем развитии и достижениях. Британские ученые добились значительных успехов в наименее абстрактных областях математики — тех, которые ближе всего связаны с физикой. Такое наблюдение — результат моего высшего математического образования, полученного в Лондоне. Когда у нас были занятия по вещественному анализу, теории функций комплексной переменной, теории чисел и алгебре, фамилии ученых в названиях теорем сыпались на нас с той стороны Ла-Манша: Коши, Адамар, Якоби, Чебышев, Риман, Эрмит, Банах, Гильберт… А потом мы шли на лекции по ММФ (т.е. по методам математической физики) и внезапно снова оказывались на Британских островах викторианской эпохи: теорема Грина (1828), формула Стокса (1842), число Рейнольдса (1883), уравнения Максвелла (1855), оператор Гамильтона (1834)…
Кроме того, заметной активностью отличались британские ученые, занятые в наиболееабстрактных областях математики: Артур Кэли и Дж. Дж. Сильвестр изобрели матрицы (о них мы еще поговорим ниже) и теорию алгебраических инвариантов. Джордж Буль открыл целый новый материк «оснований» — математической логики, которую он называл «законами мышления». (Можно поспорить по поводу того, действительно ли этот предмет находится так уж далеко по шкале абстракции; сам Буль заявлял, что его намерением было сделать логику частью прикладной математики. Однако
Таким образом, в Британии полным ходом развивалась наименее абстрактная и наиболее абстрактная математика, а огромное количество всего, требующего среднего уровня абстракции, — теория функций, теория чисел, большая часть алгебры — было оставлено для континентальной Европы. В анализе — наиболее плодородном разделе математики XIX века — присутствие британцев практически незаметно. К концу столетия они фактически исчезли даже из тех областей, где традиционно были сильно представлены. Лишь семь британских математиков присутствовали на Парижском конгрессе; по этому показателю Британия стояла ниже Франции (90), Германии (25), США (17), Италии (15), Бельгии (13), России (9), Австрии и Швейцарии (по 8 каждая). В плане математики Британия в 1900-х годах была тихой заводью.
Но и в тихой заводи, как известно, черти водятся. Тринити-колледж в Кембридже, где обитал Литлвуд, поддерживал сильную математическую традицию. Некогда здесь работал сэр Исаак Ньютон (1661-1693), и колледж мог похвастаться тем, что в течение XIX столетия выпустил из своих стен нескольких гениев от математики и физики: это Чарльз Бэббидж, которого обычно считают изобретателем компьютера; астроном Джордж Эйри, именем которого названо семейство математических функций; логик Огастес де Морган; алгебраист Артур Кэли; Джеймс Клерк Максвелл и другие, несколько менее известные имена. Бертран Рассел защитил диссертацию в Тринити-колледже в 1893 году, стал сотрудником [120] в 1895-м и продолжал преподавать там в то время, когда сотрудником стал и Харди. История Тринити-колледжа в XX столетии оказалась несколько менее однородной. Отсюда происходили основные участники кембриджской шпионской сети [121] а также несколько блумсберийцев [122] . Однако в том, что касается математики в первые годы столетия, Тринити-колледж был прежде всего местом, где работал Г.X. Харди — тот самый Харди из воспоминаний Литлвуда. Именно Харди, как никто другой, пробудил английскую чистую математику от долгого сна.
120
В Тринити это означало должность лектора, что предполагало регулярную стипендию и право занимать квартиру в колледже и ужинать в «зале» (столовой). Это не обязательно включало в себя перспективу получения там постоянной работы. (Речь идет о том, что репутация кембриджского Тринити-колледжа столь высока, что его администрация могла позволить себе не давать обещания постоянной работы при приеме на должности, которые во многих других местах предполагали со стороны университета подобные обязательства. — Примеч. перев.)
121
В середине 1930-х гг. советская разведка завербовала пятерых студентов старших курсов из Кембриджа; это были Гай Берджесс, Доналд Маклин, Ким Филби, Энтони Блант и Джон Кернкросс. Все члены этой «кембриджской пятерки», как их называли в Советском Союзе, со временем заняли высокое положение в британских политических и разведывательных учреждениях в 1940-х и 1950-х гг. и передавали жизненно важные сведения в СССР в течение Второй мировой войны и холодной войны. Четверо из пяти были из Тринити-колледжа, а пятый — Маклин — из Тринити-холл (отдельного и меньшего колледжа).
122
Литтон Стрэчи, Леонард Вулф, Клайв Белл, Десмонд Маккарти, Сэксон Сидни-Тернер и оба брата Стивен (Тоби и Эдриен) — все были из Тринити. Но Джон Мейнард Кейнс, Роджер Фрай и Э.М. Форстер — из Кингс-колледжа. (Созданная в 1906 г. группа «Блумсбери» объединила молодых людей, интересы которых были связаны с искусством. Центром группы была семья Стивен, где кроме Тоби и Эдриена были и две сестры, Ванесса и Вирджиния. Ванесса вскоре вышла замуж за художника Клайва Белла, а Вирджиния (Вирджиния Вулф, 1882-1941) вышла в 1912 г. за известного журналиста Леонарда Вулфа. В 1910 г. в среде блумсберийцев появился Р. Фрай, игравший важную роль в культурной жизни Англии тех лет. — Примеч. перев.)
Когда в 1897 году Харди трудился в Тринити-колледже над диссертацией, на глаза ему попался знаменитый в то время учебник Cours d'Analyse [123] написанный французским математиком Камилем Жорданом. Жордан известен тем, кто изучает теорию функций комплексной переменной, поскольку в ней есть теорема Жордана, утверждающая примерно следующее: несамопересекающаяся замкнутая плоская кривая (например, окружность) разбивает плоскость на две части: внутреннюю и внешнюю. Эту теорему необычайно трудно доказать — Эстерман говорит о собственном доказательстве Жордана как об «интеллектуальном подвиге». По-видимому, Cours d'Analyseпроизвел на Харди примерно такое же впечатление, какое Гомер в переводе Чапмена произвел на Китса. [124]
123
«Курс анализа» ( фр.) (Примеч. перев.)
124
Имеется в виду известный всякому английскому школьнику восторженный сонет поэта-романтика Джона Китса (1795-1821), написанный сразу по прочтении «Одиссеи» в далеком от оригинала, но весьма экспрессивном «ренессансном» переводе Джорджа Чапмена (1559? _1634). Сонет заканчивается строками в переводе С. Сухарева:
Вот так Кортес, догадкой потрясен, Вперял в безмерность океана взор, Когда, преодолев Дарьенский склон, Необозримый встретил он простор.(Примеч. перев.)
После
Одним из плодов раннего увлечения Харди анализом стал учебник для студентов, называвшийся «Курс чистой математики», впервые вышедший в 1908 году и с тех пор никогда не перестававший издаваться. Как и большинство британских студентов XX века, я учил анализ по этой книге. Мы называли ее просто «Харди». Заглавие книги в сильной степени вводит в заблуждение, потому что там на самом деле нет ничего, кроме анализа, — никакой алгебры, никакой теории чисел, никакой геометрии, никакой топологии. Правда, никто не обращал на это внимания. В качестве введения в классический (т.е. в рамках XIX века) анализ этот учебник близок к идеалу настолько, насколько это вообще возможно для учебника. Его влияние на мой собственный подход к математике оказалось огромным. Когда я смотрю на то, что уже написано в этой книге, я явственно вижу Харди.
Г.X. Харди был чудаком такого рода, который только Англия XIX века могла породить. В старости он написал довольно занятную книгу под названием «Апология математика» (1940), в которой описал свою жизнь как математика. В некоторых отношениях это печальная, точнее, элегическая книга. Причину этого прекрасно выразил Ч.П. Сноу в своем предисловии к последующим изданиям. Харди был Питером Пэном — мальчиком, который так и не вырос. По словам Сноу, «до старости жизнь его оставалась жизнью блестящего молодого человека. Таким же оставался и его дух — его игры, его интересы поддерживали легкость молодого дона. [125] И, как и у многих людей, которые сохраняют интересы своей молодости до седьмого десятка, его последние годы были из-за этого не очень веселыми». А вот что пишет Литлвуд: «До тридцатилетнего возраста он выглядел невероятно молодым». Харди играл в крикет, к которому питал настоящую страсть, а также в теннис на закрытом корте (известный также как real (royal) tennis или jeu de paume) — игру более трудную, требующую большего интеллекта, чем обычный теннис.
125
Дон — преподаватель, член совета колледжа в Кембридже и Оксфорде. (Примеч. перев.)
В течение 12 лет, с 1919 по 1931 год, Харди возглавлял кафедру в Оксфорде. На 1928-29 академический год он уезжал в Принстон, а остальную часть своей жизни провел в Тринити-колледже в Кембридже. Приятный и обходительный, он никогда не был женат и, насколько известно, не имел никаких близких привязанностей какого бы то ни было сорта. Следует помнить, что в те времена колледжи в Оксфорде и Кембридже были учреждениями только для мужчин, с сильным оттенком женоненавистничества. До 1882 года сотрудникам Тринити-колледжа не разрешалось жениться. Недавно, вполне в духе нашего времени, высказывались предположения о гомосексуальности Харди. Я отошлю любознательного читателя к написанной Робертом Канигелом биографии Сринивасы Рамануджана [126] , которому Харди оказывал поддержку, — «Человек, который знал, что такое бесконечность»; там эта тема обсуждается более подробно. Ответ представляется таким: скорее всего нет, разве только в самых сокровенных мыслях.
126
Сриниваса Рамануджан(1887-1920) — индийский математический гений-самоучка. Он написал письма трем кембриджским математикам с просьбой высказать мнение о его результатах; вник и откликнулся один лишь Харди. Среди многого другого на Харди произвела впечатление следующая найденная Рамануджаном сумма ряда:
1 - 5( 1/ 2) 3+ 9( 1x3/ 2x4) 3– 13( 1x3x5/ 2x4x6) 3+ … = 2/ .(Примеч. перев.)
Историй о Харди даже больше, чем историй о Гильберте — одну из них, как я понимаю, я уже рассказал. Вот две другие, причем в каждой из них присутствует Гипотеза Римана. Первая взята из его некролога в британском научном журнале Nature.
У Харди была одна главенствующая страсть — математика. Помимо этого его основными интересами были игры в мяч, в которых он был опытным игроком и искушенным экспертом. Его пристрастия и антипатии иллюстрируются списком из «шести новогодних пожеланий», который он открыткой отправил другу (в 1920-х годах):
1) доказать Гипотезу Римана;
2) в четвертом иннинге последнего Тест-матча на «Овале» сделать 211 пробежек, пока не выбит никто из игроков своей команды. [127]
3) найти доказательство несуществования Бога, способное убедить широкую общественность;
4) оказаться первым человеком на вершине Эвереста;
5) быть провозглашенным первым президентом Союза Советских Социалистических Республик Великобритании и Германии;
6) убить Муссолини.
127
«Овал»— легендарное поле для игры в крикет в лондонском Кеннингтоне. Игрок выбит, если мяч попал в калитку, когда хотя бы один из бегущих игроков находился между калитками (игрок тогда считается «bowled out») или если игрок подающей команды поймал мяч после того, как игрок бьющей команды коснулся мяча битой, но до удара мяча о землю (игрок считается «cought out»). Иннингзаканчивается, когда выбиты 10 игроков бьющей команды. (Цифра в 211 пробежек колоссально велика при любой схеме подсчета числа пробежек без выбывания). Тест-матчиграется по правилам, делающим встречу самым долгим соревнованием в крикете. На два иннинга обычно отводится 5 дней. (Примеч. перев.)
Третий пункт иллюстрирует другую сторону присущей Харди эксцентричности. Хотя он и утверждал, что не верит в Бога, он вечно состязался с Ним в остроумии. В 1930-х годах Харди часто ездил к своему другу Харальду Бору (младшему брату физика Нильса Бора), который был профессором математики в Копенгагенском университете. Про одно из таких путешествий Джордж Пойа рассказывает следующую историю.
Харди оставался в Дании у Боров до самого конца летних каникул, а когда ему наконец пришлось возвращаться в Англию и приступать там к чтению лекций, для путешествия нашлось лишь одно довольно утлое судно <…> Северное море может быть достаточно суровым, и вероятность того, что такое маленькое судно потонет, не была строго равной нулю. Как бы то ни было, Харди сел на этот корабль, но послал Бору открытку: «Я доказал Гипотезу Римана. Г.X. Харди». Если корабль потерпит бедствие и Харди утонет, то все будут думать, что он сумел доказать Гипотезу Римана. Однако Господь не допустит, чтобы Харди досталась такая слава, а потому Он сделает так, чтобы корабль не затонул.