Алекс в стране чисел. Необычайное путешествие в волшебный мир математики - Алекс Беллос

Некоторое время спустя профессора Эдинбургского университета решили позаботиться об образовании Биддера, и он впоследствии стал сначала одним из лучших инженеров на строительстве железных дорог, а в конце концов — автором проекта и руководителем строительства дока королевы Виктории в Лондоне. Колберн же вернулся в Америку, стал священником методистской церкви и скончался в возрасте 35 лет.

Способности к быстрым вычислениям редко связаны с глубокими математическими озарениями и творческим началом. Мало кто из великих ученых обладал даром молниеносного счета, и более того — многие математики были на удивление слабы в арифметике. Александр Крейг Эйткин был хорошо известен в первой половине XX века как молниеносный вычислитель, а необычным было то, что он занимал при этом должность профессора математики в Эдинбургском университете. В 1954 году, выступая с лекцией в Лондонском обществе инженеров, Эйткин рассказал о некоторых приемах, которыми он пользуется при вычислениях, о различных алгебраических ухищрениях и — что особенно важно — о методах быстрого запоминания числа. В подтверждение своих слов он без запинки выдал десятичное разложение числа 1/97, которое начинает повторяться только после 96 цифр.

Эйткин закончил свою лекцию горестным замечанием о том, что, как только он приобрел свой первый настольный калькулятор, его вычислительные способности стали ухудшаться. «Мастера устного счета, вероятно, как тасманийцы или миориори[25], обречены на вымирание, — предсказал он. — Поэтому вы вполне можете испытывать почти антропологический интерес к данному занятному экземпляру, и некоторые из здесь присутствующих смогут сказать в 2000 году: „Да, я знал одного такого!“»

Но вот тут Эйткин ошибся.

«Нейроны! На старт! Внимание! Марш!»

Сгорая от нетерпения, участники посвященного умножению турнира на чемпионате мира по устному счету перевернули свои листочки с заданиями. В аудитории Лейпцигского университета царила полная тишина, а мужчина и две женщины размышляли над первым вопросом:

29 513 736 × 92 842 033.

Арифметика снова вошла в моду. Через тридцать лет после того, как повсеместное распространение первых дешевых электронных калькуляторов привело к утрате навыков устного счета, неожиданно возникла обратная реакция. Газеты начали ежедневно печатать математические головоломки, популярные компьютерные игры с арифметическими задачками оттачивают наши мозги, а молниеносные вычислители соревнуются друг с другом во время регулярных международных турниров. Чемпионат мира по устному счету, основанный в 2004 году немецким прикладным математиком Ральфом Лауэ, проводится каждые два года. Чемпионат явился логической кульминацией двух хобби Ральфа Лауэ: устный арифметический счет и коллекционирование необычных рекордов. (Подобных таким, как наибольшее число виноградин, брошенных с расстояния 15 футов и пойманных ртом за одну минуту, — каковое число составляет 55.) Не обошлось без помощи Интернета, благодаря которому Лауэ познакомился с массой единомышленников — любители устного счета в целом отнюдь не экстроверты. Мировое сообщество вычислителей, или «матлетов», было представлено в Лейпциге довольно широко: туда съехались таланты из самых разных стран, таких как Перу и Иран, Алжир и Австралия.

Как оценить способности человека к вычислениям? Лауэ принял категории, уже предложенные Книгой рекордов Гиннесса: перемножение двух восьмизначных чисел, сложение десяти десятизначных, извлечение квадратного корня из шестизначного числа с восемью значащими цифрами и нахождение дня недели, на который выпадает любая дата между 1600 и 2100 годами. Последнее известно как календарные вычисления и представляет собой отблеск золотого века эстрадных молниеносных вычислителей, когда выступавшие спрашивали зрителей об их дате рождения и немедленно называли день недели, на который приходилась указанная дата.

Установление определенных правил, а также дух соревновательности имели свою цену — в жертву была принесена зрелищность мероприятия. Самый молодой из участников на чемпионате мира, 11-летний мальчик из Индии, проделывал вычисления на «воздушных счетах», — его руки неистово дергались, как будто передвигая воображаемые косточки, все же остальные участники вели себя тихо и спокойно, лишь время от времени быстро записывая свои ответы. (По правилам записывать можно только окончательный ответ.) Через 8 минут и 25 секунд 38-летний Алберто Кото из Испании поднял руку — как сгорающий от нетерпения школьник. Он выполнил за это время десять умножений двух восьмизначных чисел, побив мировой рекорд! Это и правда было фантастическое достижение, но наблюдать за ним было столь же интересно, как наблюдать за ходом рутинного экзамена.

Однако в Лейпциге бросалось в глаза отсутствие самого, быть может, знаменитого в мире матлета — французского студента Алексиса Лемэра, который предпочитал иной критерий для оценки вычислительной силы. В 2007 году имя Лемэра, которому тогда было 27 лет, попало в газеты всего мира, после того как в лондонском Музее науки он за 70,2 секунды извлек корень 13-й степени из числа

85 877 066 894 718 045 602 549 144 850 158 599 202 771 247 748 960 878 023 151 390 314 284 284 465 842 798 373 290 242 826 571 823 153 045 030 300 932 591 615 405 929 429 773 640 895 967 991 430 381 763 526 613 357 308 674 592 650 724 521 841 103 664 923 661 204 223.

Достижение Лемэра было, без сомнения, весьма впечатляющим. В указанном числе 200 цифр, которые за 70,2 секунды едва можно успеть произнести. Но подтверждает ли этот «подвиг» его слова о том, что он — величайший молниеносный вычислитель всех времен и народов? По этому поводу в «вычислительной» среде мнения сильно разнятся, как и почти 200 лет назад, после битвы между Зирой Колберном и Джорджем Биддером.

Выражение «корень 13-й степени из x» означает число, которое при умножении само на себя 13 раз дает x. Лишь ограниченное количество чисел при умножении на себя 13 раз дает 200-значное число. (Это ограниченное количество — довольно большое. Оно находится в пределах около 400 триллионов различных вариантов, каждый из которых имеет длину в 16 цифр и начинается с двойки.) Поскольку число 13 — простое, а кроме того, считается несчастливым, вычисление Лемэра было окутано дополнительной аурой тайны. На самом же деле 13 обладает и некоторым преимуществом. Например, когда число 2 умножается на себя 13 раз, ответ заканчивается на цифру 2. Когда 3 умножается на себя 13 раз, ответ заканчивается на 3. То же верно для 4, 5, 6, 7, 8 и 9. Другими словами, последняя цифра корня 13-й степени из некоторого числа такова же, что и последняя цифра этого исходного числа. Мы получили ее легко, вообще не прибегая ни к каким вычислениям.

Лемэр разработал алгоритмы, которые он не разглашает, для вычисления остальных 14 цифр в окончательном ответе. Приверженцы строгости утверждают — возможно, и несправедливо, — что его талант — это способность не столько к хитрым вычислениям, сколько к запоминанию жутко длинных последовательностей цифр. При этом они указывают, что Лемэр не может найти корень 13-й степени из любого 200-значного числа, которое ему сообщат. В Музее науки ему предложили несколько сот чисел, из которых он выбрал то, для которого и произвел вычисление.

Тем не менее выступления Лемэра в большей степени продолжают традиции старых эстрадных вычислителей. Зрители желают приобщиться к шоу, а не вникать в процесс. Наоборот, на чемпионате мира по устному счету у Кото не было возможности выбрать задачу для решения и он не пользовался никакими таинственными приемами. Он просто использовал таблицу умножения на числа от 1 до 9.

Беседуя с участниками соревнований в Лейпциге, я обнаружил, что многие из них увлеклись устным счетом благодаря Виму Клайну — голландскому эстрадному вычислителю, знаменитому в 1970-х годах. Клайн уже был ветераном цирков и мюзик-холлов, когда в 1958 году ему предложили работу в ведущем европейском физическом институте — Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве. Он должен был выполнять там различные вычисления для физиков. Вероятно, он был последним человеком-вычислителем, получившим работу по своей специальности. По мере развития компьютеров его искусство становилось ненужным, и, выйдя на пенсию, он вернулся в шоубизнес — снимался на телевидении. (Клайн, кстати, на самом деле был первым, кто популяризировал вычисления корней 13-й степени.)

За столетие до Клайна другой эстрадный вычислитель, Йохан Захария Дазе, также поступил на работу в научное учреждение, чтобы вычислять необходимые суммы. Дазе родился в Гамбурге и начал выступать в качестве эстрадного вычислителя еще подростком. Тогда он и попался на глаза двум видным математикам. В те времена, до изобретения электронных или механических калькуляторов, ученые всякий раз, когда им требовалось выполнить сложное умножение или деление, полагались на таблицы логарифмов. У каждого числа есть свой собственный логарифм (я буду говорить об этом подробнее в следующей главе), который можно вычислить, пользуясь трудоемкой процедурой сложения дробей. Дазе вычислил натуральные логарифмы первых 1 005 000 чисел с точностью до 7 десятичных разрядов каждый. Это заняло у него три года, и, по его словам, работа доставила ему удовольствие. Затем, по совету математика Карла Фридриха Гаусса, Дазе приступил к более масштабному предприятию: составлению таблиц множителей, на которые разлагаются все числа, лежащие между 7 000 000 и 10 000 000. Это означало, что он брал каждое из чисел в указанном диапазоне и вычислял его делители — то есть находил целые числа, на которые данное число делится. Например, у числа 7 877 433 только два делителя: 3 и 2 625 811. К моменту своей смерти в возрасте 37 лет Дазе реализовал значительную часть этой программы.