Как не ошибаться - Страница 85

К оглавлению

p + 2p + 2p = 5p.

Другими словами, формула

ожидаемое количество пересечений иглы длиной N = Np

применима и в случае согнутых игл.

Вот одна из таких игл.

Вот еще одна.

И еще одна.

Мы уже видели такие рисунки. Те самые рисунки, которые две тысячи лет назад использовали Архимед и Евдокс, когда разрабатывали метод исчерпывания. Последний рисунок похож на окружность с диаметром в одну единицу. Но на самом деле это многоугольник, состоящий из 65 536 крохотных иголок. Ваши глаза не заметят разницы, так же как не заметит ее и пол. Это означает, что ожидаемое количество пересечений окружности диаметром в одну единицу в точности такое же, что и ожидаемое количество пересечений 65536-угольника. А согласно правилу согнутой иглы, это количество равно Np, где N – это периметр многоугольника. Чему равен этот периметр? Он должен быть в точности таким же, что и длина окружности; радиус окружности равен 1/2 единицы, а значит, длина этой окружности равна π. Следовательно, ожидаемое количество пересечений окружности с краями планки равно πp.

Как вы воспринимаете такое усложнение задачи? Не кажется ли вам, что мы делаем задачу все более абстрактной и все более обобщенной, даже не ответив на основной вопрос: что такое p?

Так вот, представьте себе: мы только что вычислили это значение.

Ведь вопрос теперь звучит так: сколько пересечений делает окружность? Совершенно неожиданно задача, казавшаяся сложной, становится простой. Симметрия, которую мы потеряли, когда перешли от круга к игле, восстановлена посредством сгибания иглы в кольцо. А это существенно упрощает задачу. Не имеет значения, куда упадет круг, – он пересекает линии на полу ровно два раза.

Таким образом, ожидаемое количество пересечений равно 2; оно же равно πp. Следовательно, мы можем сделать вывод, что p = 2 / π, как и говорил Бюффон. На самом деле представленная выше аргументация применима к любой игле, какой бы многосторонней или изогнутой она ни была: ожидаемое количество пересечений равно Lp, где L – это длина иглы в единицах, равных ширине планки. Бросьте на кафельный пол груду спагетти – и я смогу точно сказать, какое число пересечений линий с макаронинами следует ожидать. Математические остряки называют этот обобщенный вариант задачей Бюффона о лапше.

Море и камень

Доказательство Барбье напоминает мне слова Пьера Делиня, специалиста по алгебраической геометрии, сказанные им о своем учителе Александре Гротендике: «Кажется, будто ничего не происходит, и все-таки в итоге получается в высшей степени нетривиальная теорема».

У людей непосвященных порой складывается впечатление, что математика сводится к применению все более и более мощных инструментов для все более глубокого погружения в неизведанное, подобно тому как строители тоннелей пробиваются сквозь скалу с помощью все более мощных взрывчатых веществ. Но это только один из возможных способов. Александр Гротендик, который в 1960–1970-х годах переделал большую часть чистой математики по своему разумению, смотрел на это иначе:

...

Неизведанное, которое предстояло познать, казалось мне участком земли или твердого камня, сопротивляющегося вторжению… море безразлично наступает в тишине, ничего как будто не происходит, ничего не двигается, вода так далеко, что ее едва слышно… и все же в конце концов она окружает сопротивляющуюся субстанцию.

Неизведанное – это камень в море, который препятствует нашему развитию. Мы можем попытаться воткнуть динамит в щели, взорвать его и повторять все это до тех пор, пока камень не развалится на части, как сделал Бюффон со своими сложными вычислениями. Или можно придерживаться более созерцательного подхода, позволяющего вашему уровню понимания постепенно и спокойно повышаться, пока через какое-то время то, что раньше казалось препятствием, не исчезнет под спокойной водой.

Математика в современном ее виде представляет собой тонкое взаимодействие между монашеским созерцанием и взрывами динамита.

Ремарка в сторону: О математиках и безумии

Барбье опубликовал свое доказательство теоремы Бюффона в 1860 году, когда ему исполнился двадцать один год и он был многообещающим студентом Высшей нормальной школы (École normale supérieure) в Париже. В 1865 году, оказавшись на грани тяжелого нервного срыва, он уехал из города, не оставив нового адреса. Ни один математик больше не встречал Барбье, пока в 1880 году старый учитель Жозеф Бертран не нашел его в одной из психиатрических лечебниц. Что касается Гротендика, в 1980-х годах он также оставил академическую математику и живет сейчас в селинджеровском уединении где-то в Пиренеях. Никто не знает, над какими математическими задачами он работает, если вообще работает. Ходят слухи, что ученый просто пасет овец.

Эти истории перекликаются с популярным мифом о математике: что она сводит с ума или сама является одной из разновидностей помешательства. Дэвид Фостер Уоллес, самый математически образованный из всех современных прозаиков (однажды он сделал перерыв в написании художественных произведений, чтобы написать целую книгу о теории трансфинитных множеств!), называл этот миф «математической мелодрамой» и описывал его главного героя как «человека типа Прометея и Икара, высший гений которого – это также его гордыня и пагубный порок». В таких фильмах, как A Beautiful Mind («Игры разума)», Proof («Доказательство») и Pi («Пи»), математика используется в качестве символа для обозначения одержимости и бегства от реальности. А в детективе Скотта Туроу Presumed Innocent («Презумпция невиновности») сюжет построен на том, что жена главного героя, математик, оказалась психически больным убийцей. (В книге присутствует явный намек на то, что именно попытки приспособить разум женщины к математике подтолкнули убийцу к безумию.) Одну из последних версий этого мифа можно найти в романе Марка Хэддона The Curious Incident of the Dog in the Night-Time («Загадочное ночное убийство собаки»), в котором математический талант проявляется как одно из расстройств аутического спектра.