Лев Генденштейн - Алиса в стране математики
— Но пока я добегу до её нового положения, она опять отползёт, — возразил Грифон.
— Но раз вы бежите быстрее, чем она ползёт, в конце концов вы догоните её! — воскликнула Алиса.
— В том то и дело, что конца не будет, — горестно вздохнул Грифон, — каждый раз, когда я буду добегать до её нового положения, она будет отползать ещё дальше...
— Но расстояние между вами будет всё время уменьшаться! — сказала Алиса.
— Будет, — согласился Грифон. — Оно будет становиться всё меньше и меньше... но равным нулю оно не станет никогда! — и он разрыдался.
Эта душераздирающая сцена напомнила Алисе что-то очень знакомое, но тут она увидела, что по тропинке со стороны дома Мартовского Зайца бежит Белый Кролик. Скоро послышались и его причитания:
— Как я опаздываю! Боже мой, как я опаздываю! Пробегая мимо Алисы и Грифона, Белый Кролик на бегу бросил:
— На суде быть всем обязательно!
— На каком суде? — вдогонку ему крикнула Алиса, но Кролик не обернулся.
— Не волнуйся, на суд тебя приведут, — успокоил Грифон Алису.
— А за что меня будут судить? — встревожилась Алиса.
— Судить, наверное, будут не тебя, — отозвался Грифон и посмотрел в ту сторону, откуда прибежал Белый Кролик. Потом он повернул голову и увидел, что Белый Кролик догнал Черепаху Будто, перебросился с ней несколькими словами и побежал вперёд.
— Он догнал её! И перегнал! — вскричал Грифон. — Значит, это возможно!
Меньше чем за минуту он догнал Черепаху Будто и чинно пошёл с ней рядом.
— Они тут все немного странные, — подумала Алиса. — Но в чём же была ошибка Грифона?
Размышляя об этом, она пошла дальше, надеясь догнать Грифона и Черепаху Будто — она-то знала, что это возможно! Но догнать их Алисе не удалось: через несколько шагов она подошла к развилке и остановилась, чтобы прочитать, что написано на столбе. К столбу были прибиты две стрелки, но обе они указывали в одну сторону — не в ту, куда пошли Черепаха Будто и Грифон. На одной стрелке было написано «ХА-ХА», а на другой «АХ-АХ».
— Грифона и Черепаху Будто я ещё встречу на суде, — подумала Алиса, — а вот кто такие Ха-Ха и Ах-Ах, не мешало бы узнать!
И она пошла по тропинке, на которую указывали стрелки.
О БЕЗГРАНИЧНОЙ ДЕЛИМОСТИ И ЗАГАДКЕ ДВИЖЕНИЯ
В V веке до нашей эры в Древней Греции жил очень странный учёный: он прославился тем, что доказывал, будто не может быть того, что есть! Но даже самые великие из древних греков не могли найти ошибок в его рассуждениях.
Звали этого учёного Зенон. Например, он доказывал, что легендарный герой Ахилл, прекрасный бегун, не сможет догнать обыкновенную черепаху (рассуждения Зенона были очень похожи на рассуждения Грифона — помните, как тот сокрушался, что не сможет догнать Черепаху Будто?).
Вот как Зенон доказывал, что движение вообще невозможно. Прежде чем дойти до конца пути, говорил Зенон, надо дойти до половины пути. Однако прежде чем достигнуть половины пути, надо сначала пройти половину этой половины, то есть четверть пути, и так далее. А поскольку делить пополам можно без конца, то получается, что невозможно даже стронуться с места! Так же Зенон доказывал, что если кому-то все-таки удалось сойти с места, то дойти до конца пути ему никогда не удастся: ведь ему придётся пройти сначала половину всего пути, потом половину оставшейся половины и так далее... (помните рассуждения Алисы о том, что Соня не смог бы съесть весь торт?)
О Зеноне писал даже далёкий от математики Пушкин:
Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее бы не мог он возразить;
Хвалили все ответ замысловатый.
«Брадатый мудрец» — это и есть Зенон, а тот, который смолчал и стал ходить — известный философ Диоген (тоже, кстати, странный человек: он жил в бочке, считая, что лучшего жилья философу и не надо, и ходил днём с фонарём, приговаривая: «Я ищу человека»).
Зенон, конечно, видел, что движение есть, но дело в том, что древнегреческие учёные не умели описывать движение! Ведь движение непрерывно: за очень малые промежутки времени движущееся тело проходит очень малые расстояния, причём промежутки времени и расстояния можно делить на всё меньшие и меньшие части. Но как раз безграничной делимости древние греки и не признавали! Они считали, что при этом разрушается понятие числа — главное понятие всей греческой математики.
Представьте себе, какая огромная разница между целыми числами и дробными: у любого целого числа есть два ближайших «целых» соседа (целое число, которое на единицу меньше, и целое число, которое на единицу больше), а между любыми дробными числами находится бесконечно много других дробных чисел — ни у одного дробного числа ближайших «дробных» соседей нет! (Не напоминает ли это вам отсутствие последнего момента перед шестью часами?)
А благодаря открытию Пифагора, о котором мы недавно рассказывали, обнаружилось, что существуют числа, которые невозможно записать даже в виде дроби! Действительно, какой дробью можно представить длину диагонали квадрата со стороной единица, если у диагонали нет никакой общей меры со стороной? Когда сам Пифагор осознал значение своего открытия, он даже испугался (хотя был олимпийским чемпионом по кулачному бою!) и потребовал от своих учеников, чтобы они ни в коем случае не разглашали это открытие. Один ученик ослушался, и, согласно легенде, боги покарали его за это: он погиб во время кораблекрушения.
Страх перед безграничной делимостью длился почти два тысячелетия, и первые подходы к описанию непрерывного движения предприняли только Галилей и Декарт в XVII веке. (Мы уже писали о том, как Галилей открыл закон свободного падения тел). Становилось ясно, что для описания движения нужна совершенно новая математика, в которой возможность безграничной делимости принята за основу.
Создали такую математику в конце XVII века независимо друг от друга двое учёных — англичанин Ньютон и немец Лейбниц (хотя друзьями-то они как раз и не были!). Называется она «дифференциальное и интегральное исчисление». Справедливость требует сказать ещё, что «почву» для великого немца и великого англичанина подготовили два великих француза — Ферма и Паскаль; в своих работах они подошли вплотную к открытию дифференциального и интегрального исчисления.
НЕБЫЛИЦА О ТОМ, КАК НЬЮТОН РАЗГАДАЛ ЗАГАДКУ ДВИЖЕНИЯ
Планеты, вороны, телеги, кометы,
Коты, водопады, слоны и моржи,
Пловцы, бегуны, тараканы, кареты,
Медведицы, реки, ужи и ежи —
Однажды все замерли, полные грусти,
Пытаясь загадку движенья понять.
Кто всю карусель эту снова запустит?
Кто миру движенье подарит опять?
И тут проходил мимо Ньютон случайно,
Увидел, что мир почему-то застыл,
Немного подумал, и как бы нечаянно
Загадку движения он разрешил.
Планеты, вороны, телеги, кометы,
Коты, водопады, слоны и моржи,
Пловцы, бегуны, тараканы, кареты,
Медведицы, реки, ужи и ежи —
Все снова помчались, пошли, побежали,
Кто влево, кто вправо, кто вверх, кто вперёд!
Вороны кричали, колёса визжали,
А Ньютона сразу толкнул пешеход.
КТО КОГО ВИДИТ В ЗЕРКАЛЕ?
Через четверть часа тропинка привела Алису к опушке леса, но прежде чем войти в лес, Алиса остановилась.
— А вдруг там водятся дикие звери? — спросила она себя.
Ответа не последовало, и Алиса задала новый вопрос:
— Может, лучше вернуться?
— Нет, — сразу же ответила себе Алиса. — Во-первых, идти вперёд интересней, чем назад, а во-вторых, как же я узнаю, кто такие Ха-Ха и Ах-Ах!
И Алиса вступила в лес. Она шла и прислушивалась: не слышно ли рычания диких зверей? И вдруг её настороженное ухо уловило звуки человеческого голоса. Или это были два голоса?
Тут лес расступился, и Алиса вышла на большую поляну. Посреди поляны два маленьких толстеньких человечка о чём-то спорили, широко размахивая руками. Человечки были очень похожи и к тому же повторяли движения друг друга.
— Это один человек разговаривает со своим отражением в зеркале! — догадалась Алиса.
Ей захотелось познакомиться со странным человечком, но он был такой маленький, что Алиса боялась его испугать.
— Хорошо бы мне уменьшиться раза в три, — подумала Алиса и... с трудом удержала блюдо, которое стало вдруг величиной с пол-Алисы!
— Я уменьшилась, а блюдо осталось таким же, как было, — сразу поняла Алиса.
