Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике. - Дербишир Джон

Вероятность того, что число N простое, ~ 1/ln N.

N-е простое число ~ Nln N.

Эти утверждения не просто следуют из ТРПЧ; сама ТРПЧ также следует из них. Если математически доказать справедливость любого из них, то в качестве следствия получится ТРПЧ. Каждый из этих результатов равносилен ТРПЧ, и его можно считать просто альтернативной формулировкой этой теоремы. В главе 7.viii мы познакомимся с другим, более важным способом переформулировать ТРПЧ.

Глава 4. На плечах гигантов

Первым человеком, которому открылась истина, содержащаяся в Теореме о распределении простых чисел (ТРПЧ), был Карл Фридрих Гаусс, живший с 1777 по 1855 год. Гаусс, как уже говорилось в главе 2.v, вполне может претендовать на звание величайшего математика из всех вообще когда-либо живших. В течение своей жизни он был известен как Princeps Mathematicorum — Князь Математиков, а после его смерти король Ганновера Георг V распорядился о выпуске памятной медали в его честь, с указанием этого титула.[21]

Гаусс был чрезвычайно невысокого происхождения. Его дед был безземельным крестьянином, а отец — перебивавшимся с места на место садовником и каменщиком. Гаусс ходил в самую скромную местную школу. Знаменитый эпизод, который, как рассказывают, произошел в этой школе, имеет гораздо больше шансов оказаться правдой, чем большинство обычных историй такого рода. Однажды учитель, желая устроить себе получасовой перерыв, дал классу задание сложить друг с другом первые 100 чисел. Почти мгновенно Гаусс бросил грифельную доску на учительский стол со словами «Ligget se!», что на местном крестьянском диалекте того времени означало: «Вот он [ответ]!» Карл мысленно расположил числа горизонтально в порядке (1, 2, 3, …, 100), затем в обратном порядке (100, 99, 98, …, 1), а после этого сложил два списка вертикально: (101, 101, 101, …, 101). Получилось 100 раз число 101, а поскольку числа были выписаны дважды, ответ равен половине этой суммы, т.е. 50 умножить на 101, что равно 5050. Совсем просто, когда вам об этом рассказали, но все же это не тот способ, который сам собой придет в голову обычному десятилетнему мальчику; да и обычному взрослому лет в тридцать тоже, если уж на то пошло.

Гауссу повезло в том, что учителя разглядели его способности и готовы были предпринять некоторые усилия, чтобы их развить. Еще большее везение состояло в том, что ему случилось жить в маленьком германском герцогстве Брауншвейг — в пределах той самой кляксы, что разделяет на две части королевство Ганновер на карте из главы 2.ii. В Брауншвейге в то время правил Карл-Вильгельм-Фердинанд, носивший полный титул герцог Брауншвейга-Вольфенбюттеля-Беверна. Мы уже встречались с ним, хотя в тот момент этого и не подозревали: известный как отважный воин, он носил чин генерал-фельдмаршала прусской армии и командовал теми самыми соединенными прусско-австрийскими силами, которые французы остановили у Вальми 20 сентября 1792 года.

Карл-Вильгельм поступил воистину благородно. Если существует Рай для математиков, то для герцога там должны быть зарезервированы роскошные апартаменты, чтобы он мог останавливаться в них всякий раз, как соберется заехать. Услыхав о таланте мальчика Гаусса, герцог распорядился, чтобы его привели к нему. Молодой Гаусс в тот момент не мог похвастаться значительными успехами на ниве светского этикета. Позднее, в течение своей жизни, после длительного знакомства с дворами и университетами, он производил впечатление человека мягкого и приветливого, но это не могло скрыть грубоватые черты лица и коренастую фигуру, изобличавшие крестьянское происхождение. Однако герцог оказался достаточно проницательным, чтобы с первого же взгляда не ошибиться в мальчике; впоследствии он оставался его другом, пока смерть не разлучила их, и обеспечивал постоянную финансовую поддержку, позволившую молодому Гауссу сделать блестящую карьеру в качестве математика, физика и астронома.[22]

Возможности герцога по поддержке Гаусса подошли к концу довольно плачевным образом. В 1806 году Наполеон был в зените своего могущества. В кампании предыдущего года он в битве при Аустерлице разбил соединенные войска России и Австрии, предварительно откупившись от пруссаков тем, что предложил им Ганновер. Затем он основал Рейнский союз, поставив под французское влияние всю западную часть современной Германии, и взял обратно свое обещание по сделке с Ганновером, на этот раз предложив его Британии. Против него держались только Пруссия и Саксония, а их единственным союзником была Россия, впрочем, боявшаяся пушек после поражения под Аустерлицем.

Чтобы помешать Саксонии стать французским сателлитом, пруссаки оккупировали ее, снова призвав в строй герцога Брауншвейгского — ему в то время был 71 год — и предложив ему возглавить их силы. Наполеон объявил войну, и его армия ударила на северо-запад через Саксонию по направлению к Берлину. Пруссаки пытались сконцентрировать силы, но французы, действуя очень быстро, не позволили им этого сделать и разгромили основные прусские силы под Йеной. Герцог находился с подразделением в Ауэрштедте в нескольких милях к северу; одна из фланговых частей Наполеона захватила его и рассеяла его войска.

Разбитый и смертельно раненный, герцог через эмиссара испросил у Наполеона разрешения удалиться домой, дабы там умереть. Император — вполне современный диктатор, не слишком приверженный правилам рыцарства — рассмеялся посланнику в лицо. Несчастного герцога, ослепшего и находящегося при смерти, поспешили на телеге перевезти на свободные территории за Эльбой. Секретарь Наполеона Луи де Бурьен в своих мемуарах так описывает печальный конец этой истории:

Герцог Брауншвейгский, тяжело раненный в битве при Ауэрштедте, прибыл в Альтону [на другом берегу Эльбы, прямо к западу от Гамбурга] 29 октября. Его въезд в этот город явил собой еще один яркий пример переменчивости судьбы. Люди взирали на суверенного принца, пользовавшегося, заслуженно или нет, репутацией великого воина и до недавнего времени могущественного и никем не тревожимого в своей столице; теперь же его, смертельно раненного, вносила в Альтону на жалких носилках лишь горстка людей, при нем не было адъютантов и слуг, а сопровождала его лишь ватага ребятишек. Пока герцог оставался жив, он не желал видеть никого, кроме своей жены, которая прибыла к нему 1 ноября. Он продолжал упорствовать в своем отказе принимать визитеров и умер 10 ноября.

Последний путь герцога пролегал через Брауншвейг, и говорят, что Гаусс видел повозку из окна своей комнаты, выходящего на крепостные ворота. Герцогство Брауншвейгское после этого прекратило свое существование и стало частью наполеоновского марионеточного «королевства Вестфалия». Наследник герцога Фридрих-Вильгельм был лишен трона и бежал в Англию. Он также погиб, сражаясь с Наполеоном в битве при Катр-Бра в 1815 году, за несколько дней до Ватерлоо, но, правда, уже после того, как получил обратно свое герцогство.

(Чтобы отдать должное Наполеону, следует заметить, что некоторое время спустя, во время другого похода в западную Германию, когда Гаусс уже обосновался в Геттингене, Император пощадил этот город — потому, что «там живет величайший математик всех времен».)

После потери своего покровителя Гауссу пришлось искать работу. Ему предложили стать директором обсерватории в Геттингене, он согласился и приехал в Геттинген в конце 1807 года.[23] Геттинген уже пользовался достаточной известностью за то, что был оснащен лучше других провинциальных немецких университетов. Гаусс и сам учился здесь с 1795 по 1798 год; во время учебы его, судя по всему, привлекала великолепная университетская библиотека, в которой он и проводил большую часть времени. Теперь же он стал главным университетским астрономом и оставался в Геттингене до своей смерти в феврале 1855 года, последовавшей за несколько недель до его 78-летия. В течение последних 27 лет жизни он выбирался из любимой обсерватории лишь единожды — ради поездки на конференцию в Берлин.