Мир математики. т.20. Творчество в математике. По каким правилам ведутся игры разума - Микель Альберти

Микель Альберти

«Мир математики»

№ 20

«Творчество в математике

По каким правилам ведутся игры разума»

Предисловие

Во время игры в шахматы новички и профессионалы следуют одним правилам, но умелый игрок создает комбинации, которые начинающему могут показаться невероятными. Научиться играть в шахматы может любой, но эта игра — не простое перемещение фигур по доске. Игра в шахматы — это творчество.

Несколько тысяч лет назад кому-то пришла в голову идея нанести на камень или кость метки. Каждая из них выражала какой-то мысленный объект. Форма этих меток не имела значения, важна была идея: мысленный объект и метка идентичны друг другу. Позднее разные метки и их группы получили свои названия. Это позволило различать эти группы и определять, какая из них больше, а какая — меньше. Число — несомненно, величайшее математическое творение и, пожалуй, величайшее творение человечества.

Другое великое математическое творение — это система получения математических результатов. Правильность всех выводов тщательно проверяется сообществом экспертов, любые найденные неточности устраняются. Итогом становится теорема — доказанное утверждение, которое может вывести любой, кто повторит рассуждения, приведенные их автором.

Традиционно математики придерживались негласного правила не демонстрировать свои ошибки и некорректные результаты. Опубликованные математические работы безупречны, и это тоже часть традиции. Когда ремесленники выставляют на всеобщее обозрение плоды своего труда, всем известно, что для их создания потребовалось много часов работы. Это обстоятельство делает произведение только ценнее: ни один шедевр не рождается мгновенно — требуется множество проб, ошибок, исправлений.

Иногда создается впечатление, что новые математические теоремы получаются путем сочетания других, уже известных. Заслуга их авторов в том, что они обладали достаточными способностями, чтобы правильно объединить нужные теоремы и применить правила логики. Однако сама по себе логика ничего не производит: нужно что-то, что заставило бы ее работать, и это «что-то» — результат интуиции, аналогий, проб и ошибок. Именно в том, чтобы заставить логику работать, и заключается математическое творчество.

Творить означает создавать что-то новое, ранее неизвестное, поэтому творчество тесно связано с обучением. Если исходить из предпосылки, согласно которой знать математику означает уметь заниматься ею, то основа математического творчества — умение задавать правильные вопросы и находить на них ответы. Именно так действуют профессиональные математики. Доказательство любой теоремы — не конечная цель, а связующее звено, которое заставляет задавать новые вопросы, помогает решать новые задачи и доказывать новые гипотезы. В том, чтобы уметь задавать новые вопросы, и заключается творчество.

Математическое творчество, о котором мы говорим, не является уделом профессионалов — творить математику может любой. Возможно, нечто, созданное математиком-любителем, не будет новым для знатока, но вызовет восторг открытия у его автора. Быть может, этот математик-любитель найдет вдохновение не в теоремах и задачах, а в чем-то из повседневной жизни, в том, что он увидел дома, на работе или в путешествии. Для этого достаточно посмотреть на математику и на окружающую действительность другими глазами.

Однако математическое творчество не всегда приносит радость. История знает примеры, когда математические творения становились причиной серьезных кризисов. Если мы считаем, что числа используются для подсчета вещей и что отношение между всем сущим во Вселенной можно выразить соотношением обычных чисел, как быть с корнем из двух? А с отрицательными числами? А с квадратным корнем из минус единицы? Творчество порождает монстров, которых нужно «приручить», и для этого требуется смена концепции. Мы смотрим на полотна Пикассо иначе, чем на картины Веласкеса. Мы слушаем Стравинского или Майлса Дейвиса иначе, чем Баха или Генделя.

В чем состоит загадка творчества? Существуют ли правила созидания?

Считается, что математик-творец находит ключ к решению задачи в моменты удивительного озарения. Можно было бы сказать, что истинный математик обладает неким даром, которого лишены другие и который помогает ему преодолевать трудности. В его голове что-то «щелкает», и мрак рассеивается. Как и в любых других областях, некоторые люди обладают большими способностями к математике, чем другие. Тем не менее цель автора этой книги — рассказать о правилах творчества и его свойствах и показать, что творчество доступно многим.

Вначале мы покажем, как некоторые величайшие математические творения вызывали крупные кризисы. Затем мы постараемся развеять миф о том, что найти решение задачи можно только в момент озарения, и покажем, что решать задачи можно научиться. Далее мы приведем несколько примеров того, какие источники вдохновения для математического творчества существуют вокруг нас, доказав тем самым, что «мы творим, когда задаемся вопросами о жизни». Этому аспекту математики мы посвятили целую главу, в которой рассказали, как автор расширял знания математики в ходе межкультурного взаимодействия. Эта глава иллюстрирует один из важнейших тезисов книги: культура и общество играют фундаментальную роль в математическом творчестве и в математике, которая является продуктом этого творчества.

В предпоследней главе мы посмотрим на предмет с другой стороны и перейдем от творчества в математике к математике в творчестве. Мы покажем, как математику понимают люди, занимающиеся разными видами творчества, в частности дизайном и рекламой. В завершение мы вкратце повторим все изложенное, чтобы выделить уникальные особенности математического творчества и сформулировать его основные правила.

Глава 1

Основы математического творчества

Согласно наиболее распространенной точке зрения, математика относится к точным наукам — именно так ее называют уже много лет в вузах большинства стран. Все обращают внимание на прилагательное «точная», забывая о том, к какому слову оно относится. Студенты, поступая в университет, чтобы изучать математику, изучают прежде всего «точное».

Такой была и остается парадигма математики: точность, корректность, полное отсутствие ошибок и неопределенностей, выбор между черным и белым без малейших оттенков: выбор между прямыми и кривыми, конечным и бесконечным, открытым и замкнутым, корректным и некорректным, хорошим и плохим. Этот выбор неизменно производится на четко определенном пути в соответствии с законами логики, которая применяется к таким же простым и универсальным принципам (по крайней мере, на первый взгляд), как и те, что лежат в основе самой жизни.

В основе этих рассуждений лежит труд тысячелетней давности, книга, превосходная как по форме, так и по содержанию, — «Начала» Евклида. Из основных утверждений, считающихся истинными (постулатов), выводятся новые, не столь очевидные утверждения (теоремы), которые, в свою очередь, могут служить основой других, еще менее очевидных. Совокупность полученных таким образом умозаключений составляет основу геометрии, правильность которой гарантируется законами логики. Все результаты получены не по прихоти их автора, а с помощью логических рассуждений, основанных на первоначальных постулатах.

До недавнего времени «Начала» Евклида служили моделью преподавания математики. Именно поэтому в соответствии с наиболее распространенной концепцией математика представляет собой идеально точную совокупность корректных умозаключений, связанных между собой неизменной последовательностью «аксиома — теорема — доказательство — следствие — упражнение». Такой была математика, так она преподавалась, так она изучалась и воспринималась.

Тем не менее можете ли вы поверить, что Евклид был настолько гениален, что создал «Начала» сразу, целиком, после того как определил постулаты геометрии?

* * *

ЕВКЛИД И ЕГО МЕТОД

О создателе крупнейшей математической парадигмы известно немногое. Он жил около 300 года до н. э. и учился в Александрии. Самой известной его работой, несомненно, являются «Начала», состоящие из тринадцати книг и содержащие более 400 утверждений, выведенных из пяти постулатов, пяти общих утверждений, или аксиом, и 132 определений. Ниже приведены примеры постулатов, аксиом и определений.

Определение 1: Точка есть то, что не имеет частей.

Определение 2: Линия же — длина без ширины.

Определение 3: Края же линии — точки.

Постулат 1: От всякой точки до всякой точки можно провести прямую.

Постулат 2: Ограниченную прямую можно непрерывно продолжать по прямой.