Иэн Стюарт - Значимые фигуры. Жизнь и открытия великих математиков

Главные события математической жизни вернулись в Европу в эпоху Итальянского возрождения, где мы встречаем Джироламо Кардано – одного из величайших мошенников, которому выпала честь украсить собой математический пантеон. Кардано, игрок и дебошир, написал также один из важнейших алгебраических текстов в истории человечества, занимался медициной и придерживался образа жизни, достойного страниц желтой прессы. А еще он составлял гороскопы. Напротив, Пьер де Ферма, знаменитый своей Великой теоремой, был законопослушным гражданином, хотя и питал страсть к математике, из-за чего часто пренебрегал своей работой юриста. Он превратил теорию чисел в признанную и уважаемую область математики; кроме того, он внес заметный вклад в развитие оптики и рассмотрел некоторые предварительные вопросы дифференциального исчисления. Эту тему довел до логического конца Ньютон, вершиной научной деятельности которого стала книга «Математические начала натуральной философии», которую обычно называют кратко: «Начала». В ней Ньютон изложил свои законы движения и тяготения и применил их к движению тел Солнечной системы. Деятельность Ньютона – переломный момент в математической физике; именно тогда она преобразовалась в организованное математическое исследование того, что сам Ньютон называл «Системой мира».

После Ньютона фокус математической науки на 100 лет сместился в континентальную Европу и Россию. Леонард Эйлер – самый плодовитый математик в истории – выдавал важные математические статьи практически в журналистском темпе; одновременно он систематизировал целые области математики и изложил их в серии элегантных учебников, написанных ясным языком. Ни одна область математики не избежала его внимания. Эйлер сумел даже предвосхитить некоторые идеи Жозефа Фурье, который, исследуя процесс передачи тепла, разработал один из важнейших методов из инструментария современного инженера: анализ Фурье, представляющий любые периодические колебания в терминах основных тригонометрических функций «синус» и «косинус». Кроме того, Фурье первым понял, что атмосфера играет важную роль в тепловом балансе Земли.

В новую эру математика входит с непревзойденными исследованиями Карла Фридриха Гаусса – одного из серьезных претендентов на роль величайшего математика всех времен. Гаусс начал свою деятельность с теории чисел, заработал репутацию в небесной механике тем, что предсказал положение на небе недавно открытого астероида Церера, и значительно продвинул теорию в вопросах, касающихся комплексных чисел, аппроксимации чисел методом наименьших квадратов и неевклидовой геометрии, хотя он и не публиковал ничего по последней теме; Гаусс опасался, что слишком опередил в этом свое время и публикация результатов в данной области навлечет на него насмешки. Николай Иванович Лобачевский был менее робок и активно публиковался на темы альтернативной (по отношению к Евклидовой) геометрии, получившей позже название гиперболической геометрии. В настоящее время именно его и Яноша Бойяи признают основателями неевклидовой геометрии, которую можно рассматривать как естественную геометрию поверхности постоянной кривизны. Однако фактически Гаусс был прав, считая, что эта идея опередила свое время: ни Лобачевский, ни Бойяи при жизни не получили признания. Рассказ об этой эпохе мы завершим трагической историей блестящего новатора Эвариста Галуа, убитого в возрасте 20 лет на дуэли из-за женщины. Он внес большой вклад в алгебру, что привело к разработке современных методов описания важнейшей концепции – симметрии – в терминах групп преобразований.

После этого в нашей истории появляется новая тема – яркий след, оставленный первой женщиной-математиком, о которой мы будем говорить. Конкретно речь пойдет о вычислительной математике. Августа Ада Кинг, графиня Лавлейс, работала помощницей у Чарльза Бэббиджа, упорного человека, убежденного в потенциальном могуществе вычислительных машин. Он придумал Аналитическую машину – программируемый вычислитель, сделанный из храповиков и шестеренок, коронный номер чуть ли не всех научно-фантастических произведений в стиле стимпанк. Аду же общественное мнение упрямо называет первым программистом в истории, хотя это довольно спорное утверждение. Компьютерная тема продолжится рассказом о Джордже Буле, чьи «Законы мышления» заложили фундаментальную математическую основу для цифровой логики современных компьютеров.

По мере того как математика становится более разнообразной, то же происходит и с нашим повествованием, прорубающим путь в новые области все расширяющихся джунглей. Бернард Риман блестяще умел вскрывать простые общие идеи, стоящие за сложными на первый взгляд концепциями. Ему мы обязаны, в частности, некоторыми фундаментальными понятиями геометрии, в первую очередь искривленными «многообразиями», на которых построена революционная теория гравитации – общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Но помимо этого он сумел сделать гигантский шаг вперед в теории простых чисел, связав при помощи своей «дзета-функции» теорию чисел и комплексный анализ. Гипотеза Римана о нулях этой функции – одна из величайших и важнейших нерешенных задач во всей математике, и за ее решение объявлен приз в $1 млн.

Далее идет Георг Кантор, изменивший представления математиков об основах их собственной науки введением теории множеств и определивший бесконечные аналоги натуральных чисел 1, 2, 3, …, что привело к открытию того факта, что одни бесконечности могут быть больше других – в строгом, продуманном и полезном смысле. Как многих новаторов, Кантора при жизни не понимали и подвергали насмешкам.

Далее на сцене появляется наша вторая женщина-математик, невероятно талантливая Софья Ковалевская. Ее биография извилиста и тесно связана с русским революционным движением, а также осложнена препятствиями, которые всякое общество, где доминируют мужчины, ставит на пути блестящих женщин-интеллектуалок. Поразительно, что она вообще сумела чего-то добиться в математике. Мало того, ей принадлежат замечательные открытия в решении уравнений в частных производных, исследовании движения недеформируемого тела, структуры колец Сатурна и преломления света кристаллами.

Наша история набирает ход. На рубеже XIX–XX вв. одним из ведущих математиков мира был француз Анри Пуанкаре. Окружающие считали его эксцентричным, но на самом деле он был чрезвычайно проницателен. Пуанкаре одним из первых распознал значение новой, только что зародившейся математической области – топологии, или «геометрии резинового листа», в которой фигуры можно непрерывно деформировать, – и распространил ее с двух измерений на три и более. Он применил ее законы к дифференциальным уравнениям и исследовал задачу трех тел в Ньютоновом поле тяготения. Это привело его к открытию возможности детерминистического хаоса – случайного на первый взгляд поведения в детерминированных системах. Кроме того, он вплотную, еще до Эйнштейна, подошел к открытию специальной теории относительности.