Открытие без границ. Бесконечность в математике

Большинство из нас испытывает головокружение, думая о бесконечности: её невозможно себе представить! Быть может, именно поэтому она является неисчерпаемым источником вдохновения. В погоне за бесконечностью учёным пришлось петлять между догмами и парадоксами, вступать на территорию греческой философии, разбираться в хитросплетениях религиозных измышлений и секретов тайных обществ. Но сегодня в математике бесконечность перестала быть чем-то неясным и превратилась в полноценный математический объект, подобный числам и геометрическим фигурам.

Французский писатель Альфонс Алле (1854–1905) говорил:

тем самым не без доли юмора показав, что мы не можем воспринимать бесконечность как таковую и всегда представляем её в сравнении с чем-либо. Иными словами, человек может рассматривать бесконечность только в привязке к чему-то конечному, так как сам имеет конечную природу. Когда мы смотрим вдаль, мы теряемся и погружаемся в философские размышления, домыслы и гипотезы и, в лучшем случае, формируем к бесконечности какое-то отношение, не всегда рационально обоснованное. Поэтому неудивительно, что бесконечность была, есть и будет темой философских, научных и религиозных споров, ведь философия, наука и религия — три огромные области человеческой мысли, границы между которыми не всегда чётко определены.

Когда большинство людей думают о бесконечности, они испытывают головокружение, ведь она неизменно ускользает от нас, как бы мы ни старались. И это в самом деле так. Возможно, бесконечность именно потому вызывает такой интерес, что представляет собой неисчерпаемый источник вдохновения. История её изучения в математике настолько любопытна, что можно говорить о «математике бесконечности» и смело утверждать, что в математике бесконечность перестала быть чем-то неясным и превратилась в полноценный математический объект, подобный числам и геометрическим фигурам.

Но любой математический объект должен быть чётко определён. В этом смысле математик подобен охотнику: он исследует незнакомую местность, выслеживает добычу, выжидает, берёт её на мушку и, тщательно прицелившись, стреляет.

Это же произошло и с бесконечностью, причём она была непростой добычей — потребовалось больше трёх тысяч лет, чтобы поймать её. В погоне за бесконечностью учёным пришлось петлять между догмами и парадоксами, вступать на территорию греческой философии, разбираться в хитросплетениях религиозных измышлений и секретов тайных обществ. Однако бесконечность можно было встретить и в геометрии, и в лабиринте чисел, более привычных охотникам-математикам.

Мы проследим, как размышляли о бесконечности величайшие мудрецы всех времён и народов, будь то философы, богословы, физики или математики. В погоне за бесконечностью некоторые из них утратили рассудок, другие поплатились жизнью, взойдя на костёр по приговору инквизиции, и всё это — из-за идеи. Однако мы знаем, что одна идея способна радикально изменить наше восприятие мира и пошатнуть основы верований.

Эта тема интересует не только математиков, но и философов, при этом и математическая, и философская точка зрения на бесконечность должны быть согласованы между собой. Ведь, как сказал французский математик Жан-Шарль де Борда (1733–1799),

Понятие бесконечности — это неотъемлемая часть человеческой мысли. Весьма вероятно, что мы имеем некое врождённое неясное представление о бесконечности, которое постоянно сопоставляем с противоположным ему чётким представлением о конечности, являющейся частью нашей природы. В философии и богословии размышления о бесконечности могут быть необязательными и ситуативными, но в математике её исследование всегда было и остаётся насущной необходимостью.

Известен анекдот о некоем преподавателе математики, которому нужно было в первый раз объяснить студентам, что такое бесконечность. Он взял коробку с мелками, достал один и начал рисовать прямую на доске. Дойдя до края доски, он продолжил вести линию по стене, затем по полу и, не останавливаясь, вышел из аудитории и исчез из вида в конце коридора, продолжая вести линию. Удивлённые студенты ждали, что будет дальше. Спустя некоторое время прозвенел звонок к концу лекции.

Преподаватель исчез. Последним, кто его видел, был вахтёр. Преподаватель шёл по улице и, не отрывая мела от асфальта, по-прежнему чертил линию. Прошло три дня, и руководство университета решило найти преподавателю замену. Через несколько месяцев, к удивлению студентов, преподаватель вернулся. Он оброс бородой, за спиной у него был рюкзак, в руке он держал кусочек мела. Он вошёл в класс, по-прежнему чертя на полу линию, дошёл до доски и, наконец, остановился.

Усталый преподаватель повернулся к студентам и сказал: «Эта линия невероятно велика, но она — ничто в сравнении с бесконечностью».

Неизвестно, какое решение приняло руководство университета — возможно, преподавателя поместили в лечебницу. Также неизвестно, поняли ли студенты, что такое бесконечность. Однако преподавателю удалось выразить одно: бесконечность неизбежно связана с чем-то исключительным и даже шокирующим.

Существует множество удивительных историй, цель которых — дать нам представление о бесконечности. В религиозном контексте бесконечность обычно связана с вечностью и вечными муками. Пытка может быть долгой, но рано или поздно она прекратится, адские муки, напротив, длятся целую вечность. Чтобы описать вечность, обычно приводилась аналогия с неким титаническим трудом — например, сбором песка на огромном пляже по одной песчинке каждые сто лет. Один из наиболее любопытных образов бесконечности таков: представьте, что Земля — это стальной шар, и один раз в миллион лет голубь слегка гладит его крылом. Когда шар сотрётся и превратится в бесконечно малую точку, пройдёт вечность. Все эти истории обычно рассказывают детям, чтобы дать им представление (увы, неизбежно пугающее) о том, сколь велика бесконечность.