Расстроенный врач и больной гений 11 страница
Маргарета ничем не выделялась, так и не вышла замуж и прожила большую часть жизни с родителями. Серен отличался от нее во всем: быстрый, обладавший острым и оригинальным умом, он тяготел к высшему обществу. Ему недоставало собранности и чувства долга, присущих его отцу, и он страдал от их отсутствия. Тем не менее в выборе профессии он пошел по стопам отца, став сначала викарием, а затем пастором; он женился на Анне-Мари Симонсен, которая была дочерью друга семьи, и отправился служить в Финней на юго-западном побережье. «Люди тут суеверны, но исполнены знания Библии, — писал он. — В поддержку каждого ошибочного мнения они приводят ссылку на неправильно истолкованный божественный авторитет». Тем не менее работа ему нравилась.
В 1801 году Серен писал другу: «Мои домашние радости недавно умножились: на третий день Рождества жена подарила мне здорового сына». То был Ханс Матиас. Его брат Нильс Хенрик появился на свет летом 1802 года. С первого своего дня Нильс страдал плохим здоровьем, и мать проводила много времени, ухаживая за ним.
Тем временем в Европе росло напряжение, и объединенное государство Норвегии и Дании оказалось зажатым между главными центрами военной силы — Англией и Францией. Наполеон желал поставить его под свои знамена, так что когда Британия заключила союз со Швецией, Норвегия-Дания внезапно стала противником Британии, немедленно предпринявшей вторжение. Через три дня Норвегия-Дания капитулировала, чтобы спасти Копенгаген от разрушения. Позднее, когда власть Наполеона стала ослабевать, его приближенный Жан-Батист Бернадотт стал королем Швеции. После того как Норвегию передали под власть Швеции, норвежский парламент — Стортинг — был вынужден признать Бернадотта своим монархом.
|
|
|
В 1815 году обоих мальчиков отправили в Кафедральную школу в Осло. Учитель математики по имени Петер Бадер принадлежал к тому типу учителей, которые стимулировали своих учеников посредством тяжелых физических наказаний. Тем не менее оба мальчика учились хорошо.
Затем, в 1818-м, Бадер так избил одного из своих учеников — сына депутата Стортинга, — что мальчик умер. Невероятно, но Бадера даже не отдали под суд, а просто заменили другим учителем математики по имени Бернт Холмбоэ, который до того был ассистентом у профессора прикладной математики Кристофера Ханстеена. Это событие ознаменовало решительный поворот в математической карьере Нильса, потому что Холмбоэ позволял своим ученикам разбираться с интересными задачами, выходящими за рамки обычной программы. Нильсу разрешили взять классические учебники, среди них — некоторые книги Эйлера. «С этих пор, — писал позднее Холмбоэ, [Нильс] Абель посвящал себя математике с максимальным рвением и желанием и добивался прогресса в своих занятиях со скоростью, изобличавшей гения». Вскоре после окончания школы Нильс убедил себя, что он решил уравнение пятой степени. Ни Холмбоэ, ни Ханстеен не смогли найти ошибки, так что они отправили его вычисления известному датскому математику Фердинанду Дегену на предмет возможной публикации работы Датской академией наук. Деген также не нашел ошибок в работе, но, обладая немалым опытом и зная, что всякое бывает, попросил Нильса подробнее провести вычисления в применении к некоторым конкретным примерам. Нильс быстро понял, что где-то закралась ошибка; он был расстроен, но испытывал облегчение от того, что ему не дали выставить себя на посмешище, опубликовав ошибочный результат.
|
|
|
Честолюбие Серена в соединении с отсутствием здравого смысла привело к неприятным последствиям. Он выступил с заявлением, в котором обвинял двух членов Стортинга в несправедливом заключении в тюрьму управляющего металлургическим заводом, принадлежавшим одному из них. В результате таких нападок на их репутацию поднялся шум. Вскоре выяснилось, что управляющий не вызывал доверия, но Серен отказался извиняться. Впав в депрессию, несчастный запил и в конце концов допился до смерти. На похоронах вдова Серена Анна-Мари напилась до такого состояния, что затащила в постель своего любимого слугу. На следующее утро, когда к ней с визитом пришли официальные посетители, она принимала их в постели, лежа рядом со своим любовником. «Бедные мальчика мне их жаль», — писала их тетка.
|
|
|
В 1821 году Нильс закончил Кафедральную школу и отправился сдавать вступительные экзамен в университет Христиании (ныне Осло). Он получил максимальные оценки по арифметике и геометрии, а также хорошие оценки по остальной математике, но по всем другим предметам выступил ужасно. Он был теперь отчаянно беден, поэтому подал прошение о предоставлении ему бесплатного жилья и дров для отопления. Он также пытался получить субсидию, покрывающую расходы на проживание, и некоторые из профессоров, распознав его необычные способности, собрали деньги ему на стипендию. Получив такую поддержку, Нильс посвятил себя математике и решению уравнения пятой степени, на этот раз серьезно намереваясь обратить в успех свою неудачную первую попытку.
В 1823 году Нильс работал над эллиптическими интегралами — областью анализа, которой предстояло стать самым долговечным памятником своему создателю, превосходящим по важности даже его работы по уравнениям пятой степени. Он пытался также доказать Последнюю теорему Ферма, но не смог найти ни доказательства, ни опровержения, хотя ему удалось показать, что пример, опровергающий утверждение теоремы, может появиться только в области поистине гигантских чисел.
|
|
|
Летом того года он отправился на бал, познакомился там с молодой женщиной и пригласил ее на танец. После нескольких неудачных попыток начать оба они разразились смехом — ни один из них не имел ни малейшего представления о том, как танцуют. Женщину звали Кристин Кемп, но все называли ее Крелли; она была дочерью военного интенданта. Как и у Нильса, у нее не было денег, и на жизнь она зарабатывала частными уроками по всем предметам — от рукоделия до естественных наук. «Она некрасива, у нее рыжие волосы и веснушки, но она чудесная девушка», — писал Нильс. Они полюбили друг друга.
Эти события стимулировали занятия Нильса математикой. Ближе к концу 1823 года он доказал невозможность решения уравнения пятой степени — причем в отличие от прошедшего чуть мимо цели выстрела Руффини он не промахнулся. Доказательство, стратегия которого была схожа с использованной Руффини, но тактика совершеннее, не содержало пробелов. Исходно Нильс не знал о работе Руффини. Впоследствии он наверняка должен был с ней познакомиться, поскольку упоминает о ее неполноте. Но даже Нильс не смог точно указать то место, где в доказательстве Руффини таилась дыра, — и это несмотря на то, что его метод оказался ровно тем, что требовалось для заделки этой дыры.
Нильс и Крелли отпраздновали помолвку. Чтобы жениться на своей возлюбленной, Нильсу надо было получить работу, а это означало, что требовалось признание его талантов со стороны ведущих европейских математиков. Опубликовать свою теорию было бы недостаточно: медведя следовало ловить в его берлоге. А для этого требовалась некоторая сумма денег на путешествия.
После длительных переговоров университет Христиании согласился предоставить Нильсу достаточно средств, чтобы он смог отправиться с научным визитом в Париж, где ему предстояло встретиться с ведущими математиками мирового уровня. Готовясь к поездке, он решил, что ему понадобятся печатные экземпляры его лучшей работы. Он полагал, что доказательство невозможности решения уравнения пятой степени произведет впечатление на французских коллег. Но, к сожалению, все его работы были изданы по-норвежски, в малоизвестном журнале. Поэтому он решил, что необходимо частным образом издать свою работу по теории уравнений в переводе на французский. Заглавие ее звучало как «Мемуар по алгебраическим уравнениям, в котором доказана невозможность решения общего уравнения пятой степени». Чтобы сэкономить на расходах по изданию, Нильс оставил лишь выжимку из самого существенного в своем методе, так что печатный вариант уложился всего лишь в шесть страниц. Это было куда меньше пятисот, написанных Руффини, но в математике бывают случаи, когда краткость скорее затемняет идеи. Целый ряд логических деталей — которые в этой области играли определяющую роль — пришлось оставить за бортом. Работа представляла собой набросок, а не доказательство.
Нильс открыл ее словами «Математики в целом занимались задачей нахождения общего метода для решения алгебраических уравнений, и некоторые из них предпринимали попытки доказать, невозможность такого решения. Поэтому я смею надеяться, что математики благосклонно встретят эту статью, которая ставит своей целью заполнить пробел, существующий в теории уравнений». Надежда оказалась бесплодной. Хотя ему удалось посетить некоторых математиков в Париже и заручиться их согласием взглянуть на его статью, аргументация в ней была настолько сжатой, что большинство, вероятно, нашли ее непригодной для понимания. Гаусс не выбросил свой экземпляр, но так и не прочел его — когда статью нашли после его смерти, страницы в ней оставались неразрезанными.
Позднее, быть может осознав свою ошибку, Абель опубликовал два развернутых варианта своего доказательства, приведя в них больше подробностей. Узнав к этому времени о работах Руффини, он писал: «Первая попытка доказательства невозможности алгебраического решения общего уравнения была предложена математиком Руффини; но его мемуар настолько труден для понимания, что судить о верности его аргументами нелегко. Мне представляется, что его рассуждения не всегда удовлетворительны». Но, как и все остальные, он не указал, почему именно.
Руффини и Абель излагали ход своей мысли на формальном математическом языке своего времени, который не очень хорошо подходил для требовавшегося им стиля мышления. Математика имела тогда дело главным образом с конкретными, частными идеями, тогда как ключ к теории уравнений состоит в переводе рассуждений в более общие термины — те, которые относятся к структурам и процессам, а не к отдельным вещам. Таким образом, их идеи были сложны для современников по той причине, что выходили за рамки математического языка. Но даже для современных математиков использование терминологии того периода затруднило бы понимание.
К счастью, основные моменты их анализа можно ухватить, используя архитектурную метафору. Один из способов представить себе почти-доказательство Руффини, как и полное доказательство Абеля, состоит в том, чтобы представить себе строительство башни.
В этой башне по одной комнате на этаже, причем лестница связывает ее с комнатой этажом выше. В каждой комнате имеется большой мешок. Если открыть мешок, оттуда разлетаются миллионы алгебраических формул, заполняя весь этаж. На первый взгляд у этих формул нет никакой специальной структуры, и кажется, что их случайным образом понадергали из разных алгебраических текстов. Некоторые формулы короткие, некоторые длинные; некоторые простые, некоторые исключительно сложные. При более тщательном рассмотрении, однако, у них обнаруживаются родственные черты. Формулы в каждом мешке имеют массу общих свойств. У формул из мешка этажом выше другие общие свойства. Чем выше по башне мы поднимаемся, тем более сложными становятся формулы в мешках.
Мешок на первом этаже содержит все формулы, которые можно построить, взяв коэффициенты уравнения и складывая их друг с другом, вычитая, умножая, деля — снова и снова, сколько угодно раз. В мире алгебраических формул, коль скоро вы задались коэффициентами, все эти «безобидные» комбинации прилагаются, можно сказать, практически бесплатно.
Чтобы забраться по лестнице на этаж выше, надо взять какую-нибудь формулу из мешка и использовать ее для построения радикала . Это может быть квадратный корень, кубический корень, корень пятой степени — какой угодно. Но формулу, корень которой берется, необходимо вынимать из того мешка. Всегда оказывается возможным взять корень p- й степени, где p — простое число, потому что более сложные корни можно построить из простых, и это простое наблюдение оказывается на удивление полезным.
Итак, вы выбрали какой-то корень; теперь, поднявшись на второй этаж, вы находите второй мешок, содержимое которого исходно совпадает с содержимым мешка на первом этаже. Но вы открываете мешок и швыряете в него новый радикал.
Формулы размножаются . Когда Ной причалил свой ковчег к горе Арарат, он повелел всем созданиям плодиться и размножаться. Формулы в мешке делают даже нечто большее: они не только множатся, но и складываются, вычитаются и делятся. Через несколько секунд лихорадочной активности из мешка на втором этаже начинают вылезать всевозможные «безобидные» комбинации, построенные из коэффициентов уравнения и нашего нового радикала. По сравнению с мешком на первом этаже здесь имеется много новых формул — но все они похожи друг на друга, поскольку каждая включает в качестве новой компоненты наш радикал.
Будем действовать точно так же, чтобы подняться на третий этаж. Снова выбираем некоторую формулу из нового мешка — строго одну — и строим новый радикал, извлекая корень некоторой (простой) степени из этой формулы. Тащим новый радикал по лестнице на третий этаж, засовываем его в мешок и ждем, пока формулы исполнят свои брачные игры.
И так далее. Каждый новый этаж означает новый радикал, и в новом мешке появляются новые формулы. На каждом шаге все эти формулы строятся из коэффициентов, к которым добавлен какой-либо радикал из числа тех, что были построены ранее.
Наконец мы на верхнем этаже башни. Миссия выполнена, исходное уравнение решено в радикалах — при условии, что, ощупав мешок на чердаке, мы найдем там по крайней мере один из корней нашего уравнения.
Подобных башен может быть много, в зависимости от выбираемых на каждом шаге формул и радикалов. Большинство обманывают наши ожидания и там не найти и намека на искомый корень. Но если миссия выполнима, если некоторая формула, построенная из последовательных радикалов, дает решение, то на чердаке в соответствующей башне действительно найдется корень. Ибо формула в точности говорит нам, как получить этот корень, последовательно добавляя радикалы. Другими словами, она сообщает нам, как именно построить башню.
В терминах таких башен можно интерпретировать классические решения уравнений третьей и четвертой степеней и даже вавилонское решение квадратных уравнений. Начнем с кубического уравнения, поскольку оно уже достаточно сложно, чтобы быть репрезентативным, но еще достаточно просто, чтобы оставаться наглядным.
В башне Кардано только три этажа.
Мешок на первом этаже содержит коэффициенты и все их комбинации.
Лестница, ведущая на второй этаж, требует извлечения квадратного корня. Весьма конкретного квадратного корня из вполне определенной формулы из первого мешка. Мешок на втором этаже содержит все комбинации этого квадратного корня и коэффициентов.
Лестница на третий этаж — на чердак — требует кубического корня, причем снова вполне конкретного. Это кубический корень из определенной формулы, включающей коэффициенты и тот квадратный корень, который уже использовался, чтобы подняться на один этаж. Содержит ли мешок на чердаке какой-либо корень нашего кубического уравнения? Да, и доказательство состоит в формуле Кардано. Подъем на башню увенчался успехом.
Башня Феррари выше — в ней пять этажей.
На первом этаже, как всегда, в мешке содержатся просто комбинации, составленные из коэффициентов. Подъем на второй этаж осуществляется с помощью образования безобидных комбинаций и последующего извлечения подходящего квадратного корня. На третий этаж ведут взятие безобидных комбинаций и, далее, извлечение подходящего кубического корня. На четвертый — составление безобидных комбинаций и, далее, извлечение подходящего квадратного корня.
Решение квадрики, кубики и квартики.
Наконец мы добираемся до пятого этажа — чердака, — составляя безобидные комбинации и беря затем подходящий квадратный корень.
И вот — мешок на чердаке действительно содержит то, что мы искали, — некий корень уравнения четвертой степени. Формула Феррари снабжает нас инструкциями по построению именно нужной башни.
Вавилонская башня, которая решает уравнение второй степени, также подходит под эту метафору. Но она оказывается укороченной башней всего с двумя этажами. Мешок на первом этаже содержит просто комбинации коэффициентов. Единственный, тщательно выбранный квадратный корень ведет на один этаж выше — уже на чердак. Внутри этого мешка имеется корень квадратного уравнения — в действительности оба его корня. Об этом нам говорит вавилонская процедура решения квадратных уравнений — формула, которой нас учили в школе.
А что же насчет уравнения пятой степени?
Предположим, что формула для решения квинтики в радикалах на самом деле существует. Мы не знаем, как она выглядит, но тем не менее можем многое о ней сказать. В частности, она должна соответствовать некоторой башне. Назовем эту гипотетическую башню башней Абеля.
Зададимся вопросом, как забраться вверх по башне; математика говорит нам, что имеется только один способ подняться на второй этаж. Надо взять один определенный квадратный корень, другого пути наверх нет.
Впрочем, не совсем так. Мы могли бы брать всевозможные другие корни и построить огромную, высоченную башню. Но чтобы на чердаке такой башни находился корень, необходимо, чтобы некоторый этаж соответствовал тому самому определенному квадратному корню, который я имею в виду. И ни один из предыдущих этажей не поможет нам добраться до чердака; строительство будет лишь пустой тратой времени и денег. Так что любой вменяемый строитель обязательно начнет именно с этого квадратного корня.
Что требуется, чтобы подняться по лестнице на третий этаж?
На третий этаж лестницы нет . Можно забраться на второй этаж, но там мы и застрянем. И если нельзя подняться на третий этаж нашей воображаемой башни, то заведомо нельзя добраться до чердака и найти там в мешке корень.
Почему уравнение пятой степени неразрешимо.
Одним словом, башни Абеля не существует. Все попытки прекращаются, когда мы упираемся в бетонный потолок на втором этаже; или, возможно, имеется некоторая более сложно организованная структура с множеством никому не нужных этажей, где мы в конце концов упираемся в бетон точно таким же образом и по той же самой причине. Это и доказал Руффини, если не считать одного технического пробела. Грубо говоря, он не сумел доказать, что если на чердаке живут безобидные комбинации радикалов, то и сами радикалы живут там же.
Доказательство Руффини и башня Абеля имеют выраженное сходство. Но, используя башни, Абель улучшил тактику Руффини и закрыл остававшуюся там дыру. Вместе они доказали, что нет никакой радикальной башни, позволяющей добраться от коэффициентов уравнения пятой степени к его корням. В переводе с архитектурного это значит, что нет формулы для корня уравнения пятой степени, сложность которой ограничивается радикалами. Решить уравнение пятой степени в радикалах невозможно, подобно тому как невозможно забраться на Луну, по очереди вставая друг другу на плечи.
Рождество 1828 года Абель планировал провести у своих старых друзей Катарины и Нильса Трешов во Фроланде. Он собирался навестить Крелли, жившую неподалеку. Абель не очень хорошо себя чувствовал, и его врач был против этой поездки. В письме к жене Кристофера Ханстеена Иоанне Катарина писала: «Если бы вы были в городе, он, пожалуй, согласился бы остаться. Но он старался скрыть, насколько серьезно он на самом деле болен». В середине декабря Абель направился во Фроланд, экипировавшись так, чтобы противостоять зимней стуже. Он прибыл туда 19 декабря, закутанный во всю наличествовавшую у него одежду, включая носки, которые он натянул на руки. Несмотря на приступы кашля и озноба, в математическом плане он мощно продвигался вперед; в доме Трешов ему нравилось работать в гостиной в окружении их детей. Он любил их общество.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!