Текст книги "Том 9. Загадка Ферма. Трехвековой вызов математике"

Автор книги: Альберт Виолант-и-Хольц

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 9 страниц)

Альберт Виолант-и-Хольц
«Мир математики»
№ 9
«Загадка Ферма.
Трехвековой вызов математике»

Одно из величайших удовольствий в математике – делиться ею с другими, и неважно, кто вы: преподаватель, писатель или же просто рассказываете о математике в кругу друзей… С давних пор мои любимые слушатели – это моя семья. Именно ей я обязан многими и многими часами счастья. Я благодарен моим родителям Эухенио и Урсуле, моим братьям и сестрам Деборе, Даниэлю, Иоланде, Алехандро, Соне, Патрисии, Веронике, Клаудии, Кристине, Сильвии и Эухении, моей жене Марии Изабель и моим детям Лауре Элизабет и Эулалии Элисенде.

Эту книгу я посвящаю

Хоакиму Наварро и Монтсеррат Марсет – моим источникам вдохновения.

Гризельде Паскуаль и Пилар Байер – моим источникам знаний.

Моей семье – моему источнику жизни.

Предисловие

Когда мы объясняем кому-то теорему Ферма, то в ответ обычно слышим: «Ничего особенного». Формулировка этой теоремы столь проста, что сложно удержаться от искушения взять лист бумаги и проверить несколько чисел, позабыв на мгновение, что речь идет об одной из сложнейших математических задач всех времен. Одним из многих наивных, кто попался в эту ловушку, был британец Эндрю Уайлс. Ему не было и десяти лет, когда он увлекся этой теоремой и той историей, что ее окружает. Молодой человек бесстрашно приступил к доказательству теоремы, зная лишь немногим больше курса математики начальной школы, и, разумеется, ему пришлось отступить. Но, в отличие от многих, Уайлс, который впоследствии стал выдающимся математиком, упорно пытался снова и снова доказать теорему, посвятив ей всю свою жизнь. История этого гениального математика, одержимого доказательством единственной грандиозной задачи, – часть прекрасного и многогранного полотна, на котором изображена история теоремы Ферма. Рассказом об Эндрю Уайлсе начинается и заканчивается эта книга.

В первой главе мы перенесемся в 1993 год, когда Уайлс удивил весь мир, объявив, что ему удалось доказать знаменитую теорему. Самая известная и самая трудная математическая задача всех времен в конце концов была решена, и это удивительное достижение попало на первые полосы всех мировых газет. Увы, спустя некоторое время эксперты обнаружили ошибки в доказательстве. Однако казалось, что эти ошибки можно быстро исправить. Шли месяцы, а Уайлс, к которому было приковано внимание всего математического мира, по-прежнему хранил молчание.

Быть может, это был всего лишь заманчивый мираж? Неужели знаменитая теорема снова, как и на протяжении последних трех столетий, оказалась неприступной?

Во второй главе мы ненадолго оставим Уайлса, вернемся больше чем на 3000 лет назад и расскажем о математике в Древней Индии и Шумерии. Последняя теорема Ферма тесно связана со знаменитой ключевой теоремой геометрии – теоремой Пифагора. Ее открытие обычно приписывают греческому математику Пифагору, но в действительности она была известна в Азии и на Ближнем Востоке за много веков до него.

Третья глава – краткая биография нашего главного героя, Пьера де Ферма. Он был адвокатом по профессии и математиком по призванию. В его время научных журналов не существовало, открытия совершались одиночками, и о них становилось известно из переписки, например, таких выдающихся ученых, как сам Ферма, Блез Паскаль, Рене Декарт и братья Бернулли. Обрисовав столь увлекательную картину, в четвертой главе мы поговорим о том, как «Арифметика» Диофанта навела Ферма на мысль о его великой теореме, а также о попытках доказать ее на протяжении трех последующих веков, пока Уайлс не предложил окончательное доказательство. Наша история изобилует известными именами: мы упомянем Гаусса, «принца математиков»; Софи Жермен – женщину, которая выдавала себя за мужчину; мы расскажем о Леонарде Эйлере и Эваристе Галуа, об Эрнсте Куммере, о японских математиках Ютаке Танияме и Горо Симуре.

В пятой и последней главе подробно рассказывается о сольном восхождении Уайлса на этот математический Эверест, которое стало кульминацией тысячелетней истории математики.

Без знаний математики невозможно получить от нее истинное удовольствие. Только приложив умственные и волевые усилия, можно в полной мере осознать всю ее красоту. И тогда пейзаж, который открывается перед нами, сравним с красивейшей сонатой, с торжеством природы, с высшим из наслаждений. Мечта автора – чтобы по прочтении этой книги читатель открыл для себя новые уголки математики неземной красоты и в полной мере насладился ими. Понять какие-то темы будет совсем нетрудно, другие – чуть сложнее. Автор ставил перед собой цель изложить материал доступным образом, оставив наиболее затруднительные моменты для дополнительного изучения. Автор ставил задачу рассказать эту историю так, чтобы читатель заново пережил 380 с лишним лет, которые понадобились для окончательного доказательства великой теоремы Ферма.

Глава 1
Луч света в математическом замке

В 1997 году в научно-популярной программе NOVA Эндрю Уайлса спросили, как бы он описал семь лет настойчивых, граничащих с одержимостью поисков, которые завершились доказательством последней теоремы Ферма – самой знаменитой теоремы всех времен. Уайлс ответил:

«Вы входите в большой дом, и вас окружает тьма. Темно. Кромешная тьма. Вы то и дело натыкаетесь на мебель, но постепенно узнаёте, где что стоит. Наконец месяцев через шесть или около того вы нащупываете выключатель, и внезапно становится светло. Вы отчетливо видите, где вы. Затем вы переходите в следующую комнату и проводите там шесть месяцев во мраке»[1]1
  Цитаты из Уайлса на протяжении всей книги, если не указано иное, взяты из упомянутой программы («Доказательство», NOVA, 28 октября 1997 года, служба Public Broadcasting System, PBS).


[Закрыть].

Этот «мрак», о котором говорит британский математик, не смогли преодолеть множество математиков в течение трех с половиной столетий. Теорема, сформулированная в 1630-е годы (точное время неизвестно) французом Пьером де Ферма (1601–1663), звучит так:

«Для любого натурального числа n > 2 уравнение

хⁿ + уⁿ = zⁿ

не имеет натуральных решений х, у и z».

Об этой теореме стало широко известно лишь тогда, когда сын Ферма, Саму эль, обнаружил ее на полях латинского издания «Арифметики» Диофанта. Это не столь удивительно, как может показаться, потому что Ферма посвящал большую часть времени профессиональной деятельности – адвокатуре и занимался наукой лишь в часы отдыха.

Помимо формулировки самой теоремы (которая несколько отличается от упомянутой выше), рядом приводилась фраза, которая стала одной из самых известных в истории математики: «Я нашел этому поистине чудесное доказательство, но поля книги слишком узки для него». Многие хотели бы оказаться рядом с Ферма, чтобы предложить ему в тот момент чистый лист бумаги! Несмотря на все усилия Самуэля Ферма, ему не удалось найти в рукописях отца ничего, что как-то касалось бы предполагаемого доказательства, и потомкам пришлось довольствоваться лишь доказательством для n = 4, которое опубликовал сам Ферма. «Поистине чудесное доказательство» гениального французского математика оказалось утерянным навсегда.

Страница 85 «Арифметики» Диофанта в переводе Баше де Мезириака. На этой странице описывается задача 8 книги II. Читатель может оценить ширину полей, на которых не поместилось «чудесное доказательство» Ферма.

В этот момент трудно удержаться от избитой фразы: «Порой жизнь оказывается удивительнее фантастики».

Если бы Ферма знал, сколько миллионов часов потратят исследователи, сколько сотен тысяч страниц в научных журналах будет посвящено попыткам найти то самое доказательство! Если бы он знал, что спустя более чем 300 лет его простая теорема все еще будет оставаться недоказанной, самой удивительной и самой комментируемой! И что теорема, для которой «поля книги оказались слишком узки», своей элегантностью привлечет внимание бесчисленного множества математиков, но никому не откроет своей тайны. Такие выдающиеся умы, как Карл Фридрих Гаусс, Леонард Эйлер, Адриен Мари Лежандр, Эрнст Куммер и многие другие, приступали к решению с определенной уверенностью в своих силах, но им удавалось найти доказательства только для частных случаев, n = 3, 5 или 7. Кроме этого, становилось известно все больше случаев этой теоремы, открывались неизмеримые глубины теории чисел, и в первые десятилетия прошлого века казалось, что следует отказаться от всяких попыток и перевести теорему в разряд исторических казусов. Несмотря на всю ее сложность, а может, именно по этой причине великая теорема Ферма вышла за рамки узких разделов математики.

Как бы то ни было, те немногие, кого все еще продолжала волновать многовековая загадка Ферма, продолжали распутывать сложные взаимосвязи, которые, казалось, все множились и множились, и столь желанное доказательство оставалось далеким и неясным. Все они в попытках покорения этого своеобразного математического Эвереста не раз отправляли в корзину исписанные страницы, содержавшие очередную серьезную ошибку.

Все они задавались этим пугающим вопросом: «Может, мы имеем дело с одной из теорем математики, этого „божественного безумия человеческого духа“, как говорил Альфред Уайтхед, которые выходят за рамки человеческого понимания?» Математики Барри Мазур, Кен Рибет, Герхард Фрай и Герд Фалтингс отказывались в это верить. Среди обитателей таинственного замка, хранящего загадку французского адвоката и его утерянное «чудесное доказательство», залы которого скрывала тьма, был Эндрю Уайлс, едва ли известный кому-то, кроме узких специалистов. Человек, чья природная скромность и робость только усилились летом 1986 года, когда он по собственной воле стал затворником. По словам его немногочисленных родственников, сделать это его побудила очень важная задача, о которой, однако же, им было ничего не известно.

Портрет Пьера де Ферма кисти Франсуа де Пуайи на обложке книги «Разные математические сочинения», составленной сыном знаменитого математика в 1679 году.

Понедельник, вторник…

В июне 1993 года на кафедре чистой математики Кембриджского университета, которую возглавлял австралиец Джон Коутс, прошла международная конференция по теории Ивасавы – подразделу теории чисел, в котором изучаются эллиптические кривые. Этот пугающий термин играет важную роль в нашем повествовании. Среди выступавших был бывший студент Коутса, который в свое время работал с ним над доказательством частного случая гипотезы Свиннертон-Дайера. Эта гипотеза широко известна благодаря тому, что в 2000 году Институт Клэя назначил за ее доказательство премию в один миллион долларов. Хотя нашего бывшего студента можно было назвать затворником, он был великолепным математиком и вскоре после получения степени доктора оставил Кембридж и перешел в престижный Принстонский университет в США. Несмотря на тесные отношения, которые неизбежно возникают между учеником и учителем, что особенно справедливо для такого пристанища индивидуалистов и одиночек, как Кембридж, Коутс давно, лет семь назад, потерял этого студента из вида. Казалось, тот словно провалился сквозь землю. На самом деле (Коутсу наверняка это было неизвестно) за семь лет до этого американский математик Кен Рибет доказал так называемую эпсилон-гипотезу, сформулированную французом Жан-Пьером Серром и основанную на гениальной догадке немецкого математика Герхарда Фрая. Рибет доказал, что легендарная последняя теорема Ферма удивительным образом связана с гипотезой Таниямы – Симуры, сформулированной в 1950-е годы, в которой шла речь об определенных свойствах эллиптических кривых.

Коутс был приятно удивлен, что после стольких лет забвения его ученик, о котором мы говорим (а это был не кто иной, как Эндрю Уайлс), принял приглашение на конференцию. Коутс удивился еще больше, когда в ответ на вопрос, сколько времени тому понадобится на выступление, Уайлс, который отличался робостью и нелюбовью к публичным выступлениям, попросил выделить для него целых три часа. Заинтригованный Коутс спросил, какая же тема заслуживает трехчасового выступления, на что Уайлс ответил ему точно так же, как и другим своим коллегам: «Приходите, и вы сами всё увидите».

В названии доклада «Модулярные формы, эллиптические кривые и представления Галуа» перечислялись, несомненно, известные термины, но Уайлс не говорил ничего о том, как они связаны между собой, как будто бы ему был известен какой-то секрет. Подобная сдержанность была достаточно необычной даже в среде профессиональных математиков, в целом отличающихся замкнутостью, которые общались лишь с коллегами, когда им был нужен какой-то совет.

В понедельник Уайлс, вооруженный многочисленными заметками, вошел в конференц-зал. Под удивленными взглядами двух десятков присутствующих этот высокий и худощавый человек, которому едва исполнилось сорок, за пробивающуюся лысину получивший прозвище «яйцеголовый», столь типичное для ученых, во время доклада перечислил результаты своих работ, представлявшие огромный научный интерес. Слухи распространились незамедлительно, и на следующем выступлении, запланированном на вторник, в зале не осталось ни одного пустого места.

Когда он закончил второй доклад и направился к выходу, присутствующие проводили его уважительным молчанием, а затем бросились обсуждать то, что они только что услышали. Было очевидно, что Уайлс не просто хотел перечислить полученные им результаты, хотя они, бесспорно, имели огромную ценность. Его доклады как будто подводили к какому-то выводу. Это было невероятно сложное и любопытным образом выстроенное доказательство… но доказательство чего? Кен Рибет, также присутствовавший в зале, не испытывал никаких сомнений по этому поводу. «Доклад Уайлса имеет кульминацию, единственную финальную цель»[2]2
  Вольный перевод цитаты из книги Амира Акселя «Последняя теорема Ферма». Эта глава во многом основана на этой книге о теореме Ферма и ее доказательстве, которая уже успела стать классической.


[Закрыть], – сказал он позднее.

…и среда

23 июня 1993 года проход в зал, где Уайлс должен был прочитать свой третий и последний доклад, оказался забит небольшой толпой. Некоторые из присутствующих принесли с собой фотоаппараты, и им не терпелось сделать множество снимков этого худощавого математика, который излучал какое-то сверхъестественное спокойствие. Когда в зале установилась тишина, Уайлс начал третью часть доклада, который должен был стать одним из важнейших за всю историю математики. Выкладки на доске сменяли друг друга, и напряжение все возрастало. Наконец Уайлс записал последние несколько строк, которые были выражены в терминах современной математики, но означали то же самое, что написал один французский математик на полях книги более трехсот лет назад. «И это доказывает великую теорему Ферма, – сказал Уайлс. – Думаю, мне следует на этом остановиться».

И царство математики, где долгое время царила тьма, озарилось светом, и древний призрак был изгнан из него.

Фотография математика Эндрю Уайлса, сделанная во время конференции 23 июня 1993 года, когда он привел доказательство последней теоремы Ферма.

Математик на первой полосе

О достижении Уайлса с таким энтузиазмом начал говорить весь математический мир, что и неспециалисты не смогли обойти вниманием это событие. Газета «Нью-Иорк Таймс» 24 июня вышла с таким заголовком: «Наконец-то можно крикнуть „Эврика!“ Вековая тайна математики раскрыта»[3]3
  Оригинальное название: At Last, Shout of «Eureka!» in Age-Old Math Mystery.


[Закрыть], и большинство крупных газет по всему миру уделили этой новости такое же внимание. Об удивительной истории Ферма и его последней теореме были написаны передовицы газет и снято множество телепрограмм. Робкому и застенчивому Уайлсу пришлось привыкнуть к статусу скромной знаменитости. «Семь лет решение этой задачи вызывало во мне удивительные чувства, – вспоминал он в 1997 году. – И наконец мне удалось решить ее». Однако на этом цитата не заканчивается: «И только потом стало известно, что не все было так гладко».

Легкий путь к славе и профессиональному признанию спустя несколько месяцев после триумфального выступления в Кембридже превратился в ночной кошмар. Старый призрак не собирался так легко сдаваться. Но чтобы понять, что именно последовало за восторгами июня 1993 года, и оценить по достоинству путь, проделанный Уайлсом, – этот мучительный путь через пустыню, который он хотел пройти до конца, – нужно взглянуть в самую суть задачи и, насколько это возможно, осознать всю ее широту и сложность. Для этого нужно совершить увлекательное путешествие во времени, своеобразную одиссею от момента зарождения математики за 2000 лет до Рождества Христова и до современной алгебры и теории чисел. По возвращении на Итаку, удовлетворив свое любопытство и утолив жажду приключений, мы поблагодарим Ферма и его великую теорему за пройденный нами путь, на котором мы увидим наивысшее воплощение человеческого интеллекта и любознательности.

Глава 2
Все началось в Шумерии

Кто сказал, что история математики не так уж важна? Именно история математики хранит истоки человеческой мысли, рассказывает, как развивались идеи и где найти ключи к пониманию будущего. Это основное средство изучения математики и к тому же еще одна возможность насладиться ее красотой. История загадки Ферма уходит корнями на много тысяч лет назад, в Шумерию и Древнюю Индию. Ее истоки хранит знаменитая теорема Пифагора, которая гласит, что если х и у – катеты прямоугольного треугольника, a z – его гипотенуза, то х² + у² = z².

Пифагор, несомненно, один из самых знаменитых математиков, а теорема Пифагора – одна из известнейших теорем. Тем удивительнее, что за несколько веков до его рождения эта теорема уже была известна. Настало время переименовать ее, но в честь кого ее следует назвать?

История, которую мы расскажем, начинается в 1800 году до н. э. близ Ларсы – крупного города шумеров, расположенного на юге современного Ирака. Тщательно размяв кусок глины, писец раскатывает его, чтобы получилась табличка. Он собирается написать на ней таблицу чисел, которая сохранится на много тысяч лет.

Табличка Плимптон 322

Примерно в 1922 году нью-йоркский издатель Джордж Артур Плимптон приобрел эту табличку у Эдгара Джеймса Бэнкса, торговца археологическими находками. Табличка находилась в неплохом состоянии, но справа посередине виднелась крупная трещина, а символы в верхнем левом углу было нельзя прочитать. И, что было еще интереснее, все указывало на то, что исходная табличка имела больший размер, поскольку левый край был неправильной формы, как будто обломан. Быть может, табличку повредили при раскопках? До нас дошла глиняная табличка размерами 13 x 9 x 2 см. Согласно Бэнксу, табличка была найдена в городе Сенкере (современное название Ларсы). Позднее исследователи сравнили стиль написания символов на этой и других табличках того времени и подтвердили, что Бэнкс не ошибся. Табличка датируется 1822–1784 годами до н. э. Иными словами, она была написана за несколько лет до захвата Ларсы войсками Хаммурапи в 1762 году до н. э. Плимптон умер в 1936 году и завещал эту табличку вместе со всей своей коллекцией Колумбийскому университету, где она хранится и поныне под номером 322. С тех пор эта табличка известна под названием Плимптон 322.

Табличка Плимптон 322.

Вавилонская шестидесятеричная система счисления

В чем же загадка этой таблички? На ней в четыре столбца нанесены числа, записанные в системе счисления, которая отличается от нашей и имеет основание 60. Считается, что эта система, называемая шестидесятеричной, появилась в культуре шумеров в третьем тысячелетии до нашей эры и позднее была заимствована вавилонянами. Мы используем ее и сейчас при измерении времени, углов и географических координат. Десятичная и шестидесятеричная системы уживаются рядом: час делится на 60 минут, минута – на 60 секунд, но секунды делятся на десятые, сотые и тысячные доли уже в десятичной системе счисления. Несмотря на свое удобство, десятичная система не смогла полностью заменить шестидесятеричную, которую придумали наши предки шумеры. Окружность по-прежнему делится на 360 градусов, как и тысячи лет назад. Звездные часы послужили моделью для наручных часов, и даже современные цифровые часы по-прежнему имитируют движение стрелки по окружности, разделенной на 60 частей. Десятичная система используется уже много лет и даже веков, но сутки по-прежнему делятся на 24 часа.

Почему же шумеры использовали шестидесятеричную систему счисления? Число 60 не перестает удивлять нас своими замечательными свойствами. Одно из самых заметных его свойств – это большое количество делителей. Оно без остатка делится на двенадцать чисел: 1, 2, 3, 4, 3, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60. Ни одно из чисел, меньших 60, не имеет столько делителей. Это свойство особенно удобно при работе с дробями, так как вычисления заметно упрощаются. В то время не существовало вычислительных машин, и все, что могло упростить вычисления, было как нельзя кстати.

Многие математики считают, что удивительных свойств числа 60 достаточно, чтобы понять, почему же древние шумеры использовали шести десятеричную систему счисления.

Число 60 также тесно связано с простыми числами. Начнем с того, что оно находится между двумя простыми числами-близнецами (59 и 61) и является суммой двух простых чисел-близнецов (29 + 31). Его также можно представить в виде суммы четырех последовательных простых чисел (11 + 13 + 17 + 19).

Возможно, удивительнее всего то, что 60 – наименьшее число, которое можно получить в виде суммы двух простых чисел шестью разными способами. Это показано в таблице ниже.

Уже в IV веке Теон Александрийский предположил, что число 60 было выбрано как основание системы счисления потому, что это наименьшее число, которое делится на 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Развивая эту мысль, математик Дж. Г. ван дер Галиен показал, что если n – целое положительное число, делители которого, меньшие √n, являются последовательными числами, то n либо простое, либо удвоенное простое число, либо одно из чисел 1, 8, 12, 24, 60. Значит, 60 – наибольшее составное число, первые делители которого, не превышающие √n, являются последовательными.

* * *

СВЕРХСОСТАВНЫЕ ЧИСЛА

Натуральные числа, имеющие больше делителей, чем любое предшествующее им натуральное число, называются сверхсоставными. Найти первые сверхсоставные числа очень просто, что показано в таблице. Однако до сих пор не найдена формула, позволяющая найти все подобные числа.

* * *

От десятичной системы мер к шестидесятеричной системе счисления

Однако этот и другие ответы не удовлетворяют некоторых исследователей. Существуют археологические находки, подтверждающие, что около 3500 года до н. э. шумеры использовали десятичную систему мер, и точно неизвестно, как и почему они перешли к шестидесятеричной системе счисления. В связи с этим важно отметить различие между системой счисления и системой мер. Система счисления используется для подсчета, сложения, вычитания и других арифметических действий. Система мер используется для измерения длин, площадей, объемов, углов, весов и даже времени. Хотя обе системы, как правило, совпадают, это не обязательно должно быть именно так. Мы сами используем десятичную систему счисления, которая сосуществует с шестидесятеричной системой измерения времени.

Австрийский исследователь Отто Нойгебауэр в начале XX века предположил, что в культуре шумеров после десятичной системы мер использовалась шестидесятеричная, свидетельств чему не сохранилось. Возможно также, что обе системы использовались одновременно. Нойгебауэр выдвинул версию, что исходная десятичная система мер была заменена системой с основанием 60, чтобы делить меры и веса на три части. Нам достоверно известно, что в системе мер и весов, которую использовали шумеры, в качестве основных дробей использовались 1/3 и 2/3. Однако это не объясняет, почему шестидесятеричная система не использовалась с самого начала.

Объединение народов, смешение систем

Другие исследователи, в частности, Г. Кевич, предполагают, что шумерская цивилизация могла возникнуть после объединения двух народов, один из которых использовал систему счисления по основанию 12, другой – систему по основанию 5. Хотя система счисления по основанию 5 была распространена не так широко, как десятичная, они могут иметь одинаковое происхождение, связанное с подсчетом на пальцах: в пятеричной системе использовались пальцы одной руки, в десятичной – пальцы обеих рук. Следуя этой теории, при слиянии народов система по основанию 60 возникла естественным образом, в ходе торговли.

Однако у этой теории есть два важных недостатка. Несмотря на то что имеются доказательства использования десятичной системы на этой территории, нет никаких археологических находок, которые подтверждали бы использование системы по основанию 5. Чтобы устранить этот недостаток, можно предложить альтернативную теорию. Допустим, что незадолго до 3500 года до н. э. одна народность использовала двенадцатеричную систему мер и объединилась с другой шумерской народностью, которая в то время применяла десятичную систему. Логично предположить, что постепенно была установлена общая система, чтобы упростить расчеты. Идеальной системой была бы та, основание которой было бы наименьшим общим кратным 10 и 12, чтобы можно было легко пересчитывать числа из одной системы в другую. Таким числом является 60.

Однако здесь становится очевиден второй недостаток нашей теории, так как не существует доказательств, что какая-либо народность использовала систему счисления по основанию 12. Дав волю воображению, мы можем предположить, что 12 – число полнолуний в солнечном году, и до сегодняшнего дня многие единицы измерения связаны с числом 12: например, в британской системе мер фут состоял из 12 дюймов, шиллинг был равен 12 пенсам, а 1 фунт – 12 унциям. Более того, в Европе до сих пор продают яйца дюжинами! Двенадцать дюжин составляют так называемый гросс (эта мера счета применялась при счете мелких галантерейных предметов), и это доказывает, что здесь используется система счисления по основанию 12. Кроме того, 12 является сверхсоставным числом. Но для подтверждения наших теорий нужны археологические находки, которые до сих пор не обнаружены.

Астрономические теории и градусы

Год приблизительно равен 360 дням, окружность делится на 360 градусов. Совпадение? Шумеры тщательно наблюдали за небосводом. Каждую ночь они следили за движением звезд на небе и знали, что в году примерно 365 дней. Следовательно, описывая круг вокруг Солнца, за день Земля проходила одну триста шестьдесят пятую часть окружности. Возможно, для упрощения вычислений было решено поделить окружность на 360 градусов. С точки зрения арифметики преимущества были очевидны, но также имелись и очень интересные геометрические свойства. Если вписать окружность в шестиугольник, его сторона будет равна радиусу окружности. Благодаря этому соотношению можно легко нарисовать шестиугольник или разделить окружность на шесть равных частей с помощью циркуля. А 60 равно одной шестой части от 360. Благодаря всем этим совпадениям, безусловно, было легче изображать небесный свод и движение небесных тел, а также описывать их в численном виде. Шумеры, несомненно, были знатоками астрономии.

Другое любопытное совпадение заключается в том, что Солнце проходит за день расстояние, приблизительно равно 720 его диаметрам (видимый диаметр Солнца равен 2 минутам дуги). Так как день у шумеров состоял из 12 часов, то мы опять с легкостью получим 60. Это означает, что шумеры знали способ измерения видимого диаметра Солнца, но опять-таки не обнаружено никаких археологических находок, которые бы это подтверждали. Также существует гипотеза, что каждые 60 лет совмещаются сферы Юпитера и Сатурна. Вне всяких сомнений, у множества астрономических явлений периодичность выражается числом 60, его делителями или кратными ему числами. И это неспроста!

* * *

БАКИБОЛЫ

В геометрии число 60 занимает особое место. В 1985 году Роберт Кёрл-младший, Гарольд Крото и Ричард Смолли открыли бакминстерфуллерены (также известные как бакиболы) диаметром около нанометра. Это открытие было удостоено Нобелевской премии по химии 1996 года. Эти молекулы состоят из 60 атомов углерода (С^ в химической нотации), которые расположены симметрично и образуют пяти– и шестиугольники. У бакминстерфуллеренов есть замечательные свойства, в частности, сверхпроводимость. Бакиболы обладают сверхпроводимостью при наивысшей температуре среди всех органических соединений и применяются в нанотрубках. Они получили свое имя за схожесть с сооружениями американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера. Открытие этого соединения взволновало научное сообщество, так как вместе с графитом и алмазом это третья известная форма чистого углерода.

* * *

Способы счета

Исследователи Джон О’Коннор и Эдмунд Фредерик Робертсон считали, что происхождение шестидесятеричной системы должно быть связано со способом счета, который применяли шумеры. Они предположили, что, подобно тому как пальцы рук могут использоваться при счете в десятичной системе, а пальцы рук и ног – при счете в двадцатеричной системе, должен был быть некий способ счета на пальцах, который положил начало шестидесятеричной системе счисления. Если указывать большим пальцем правой руки на каждую из трех фаланг других пальцев правой руки, можно легко сосчитать до 12. Для больших чисел нужно поднимать палец левой, свободной, руки после каждого обхода фаланг правой руки и так досчитать до 60 (12·5 = 60). Такой способ счета также объясняет, почему для подсчета часов использовалось число 12.

Язык и письменность

Американец Мартин А. Пауэлл-младший предложил новую теорию. Он считал, что шестидесятеричная система счисления возникла как результат взаимодействия языка и письменности. Его гипотеза основана на том, что в основном диалекте шумерского языка часто используются формы слова «двадцать», а в другом диалекте – формы слова «три». Шестидесятеричная система счисления сформировалась при объединении двух диалектов. В пользу этой теории мог бы послужить тот факт, что слово «шестьдесят» («нис») на языке шумеров звучало наподобие «три раза по 20», но это не так. Истинное происхождение этого слова в шумерском языке неизвестно.

Уже несколько веков исследователи пытаются найти истоки шестидесятеричной системы шумеров, но в конечном итоге ни одна из теорий не находит подтверждения в археологических находках. Возможно, будущие открытия помогут нам приподнять завесу тайны над этой загадкой.

Два символа для подсчета всего на свете

Можно было бы предположить, что в вавилонской шестидесятеричной системе счисления использовалось 60 различных символов, подобно тому как в нашей десятичной системе используются 10 разных цифр. Однако это не так. Для записи любого числа вавилоняне использовали всего два символа. В их системе счисления гениально сочетались позиционная и аддитивная системы.

Система счисления называется позиционной, когда значение каждой цифры зависит от места, где она расположена. Например, используемая нами десятичная система является позиционной, так как цифра 2, расположенная на первом месте, считая справа, обозначает две единицы, но если поместить эту цифру на второе место справа, то она будет обозначать уже два десятка.