Иэн Стюарт - Математические головоломки профессора Стюарта
Здесь числа под горизонтальными фигурными скобками указывают, сколько стрелок стоит над соответствующей скобкой. Смотреть нужно снизу вверх, начиная с самой нижней строки: в предпоследнем (63-м) слое стоит 3↑↑↑↑3 стрелки. Далее, число с таким количеством стрелочек дает нам число стрелочек в следующем, 62-м слое. А число с таким количеством стрелочек – число стрелочек в 61-м слое!.. Извините, ни одно из этих чисел нельзя записать в стандартной десятичной нотации. В этом отношении они намного хуже гуголплекса. Но в этом и заключается их прелесть…
Это и есть число Грэма, и оно поистине громадно. Более чем. Величина, найденная Грэмом и Ротшильдом, меньше, но по-прежнему до безобразия велика, и объяснять ее сложнее, так что я не буду этим заниматься.
Как ни смешно, специалисты, работающие в этой области, считают, что это число можно сделать намного меньше. А именно, что годится даже n = 13. Но это пока не доказано. Грэм и Ротшильд доказали, что n не может быть меньше 6; Джефф Эксоо поднял эту величину до 11 в 2003 г.; наилучший результат на сегодняшний день гласит, что n не должно быть меньше 13, что доказал Джером Баркли в 2008 г.
Дополнительную информацию см. в главе «Загадки разгаданные».
В моей голове это не укладывается
Когда ученые говорят о больших числах, таких как возраст Вселенной (13,798 млрд лет, или около 4,35 секстиллиона секунд) или расстояние до ближайшей звезды (0,237 светового года, или около 2,24 трлн км), мы, как правило, произносим что-нибудь вроде «в голове не укладывается». То же можно сказать об издержках глобального финансового кризиса, составивших, по одной из верхних оценок, для экономики Великобритании 1,162 трлн[25] фунтов стерлингов. Или, скажем, круглым счетом триллион, 10¹² фунтов стерлингов.
Миллионы, миллиарды, триллионы – для многих несведущих людей эти слова очень похожи, да и означают примерно одно и то же: они слишком велики и просто в голове не укладываются.
Неспособность человека осознать и «прочувствовать» большие числа сказывается на наших взглядах во многих областях, в первую очередь в политике. Когда Эйяфьятлайокудль в Исландии начал плеваться вулканическим пеплом и вынудил отстаиваться на земле большую часть британских самолетов, было много протестов, особенно со стороны авиалиний. (Мне и самому не повезло: вместо того чтобы полететь в Эдинбург, мне пришлось срочно менять планы и ехать на автомобиле.) Было подсчитано, что простои обходились индустрии авиаперевозок в 100 млн фунтов в день: 108 фунтов.
Говоря по справедливости, эти потери выпали на долю относительно небольшого числа компаний. Но общее возмущение превосходило, пожалуй, по масштабу реакцию на финансовый кризис.
Секрет сравнения больших чисел заключается в том, что вам не обязательно добиваться, чтобы они помещались у вас в голове. Мало того, лучше, наверное, их туда и не пускать. Все, что нужно, сделает за вас математика – достаточно будет даже базовой арифметики. К примеру, можно спросить себя, как долго должен продлиться запрет на полеты, чтобы экономические потери от него сравнялись с потерями от банковского кризиса. Расчет показывает:
цена банковского кризиса: 10¹² фунтов;
цена одного вулканического дня: 108 фунтов;
1012/108 = 104 дней = 27 лет.
Этот период представляется мне в высшей степени наглядной величиной: очевидно, что 27 лет – это намного дольше, чем один день. Поэтому я вполне могу осознать, что запрет на полеты должен был бы продолжаться 27 лет, чтобы потери от него сравнялись с экономическим ущербом от банковского кризиса, не обращая внимания на то, что большие числа, участвующие в расчете, не укладываются у меня в голове.
Именно для этого и нужна математика. Не нужно, чтобы вещи укладывалисьу вас в голове: лучше их посчитать.
Дело водителя с уровнем выше среднего
Из мемуаров доктора Ватсапа
Я с отвращением бросил газету на стол.
– Послушайте, Сомс… Вы только взгляните на эту нелепую статистику!
Хемлок Сомс хмыкнул и сосредоточился на раскуривании трубки.
– Семьдесят пять процентов кэбменов уверены, что их способности к управлению кэбом выше средних!
Сомс поднял голову.
– Что же в этом нелепого, Ватсап?
– Ну, я… Сомс, но это же просто невозможно! Все они, должно быть, имеют о себе завышенное мнение!
– Почему?
– Потому что среднее должно быть в середине.
Детектив вздохнул.
– Обычное заблуждение, Ватсап.
– Заблуж… что здесь не так?
– Да почти все, Ватсап. Представьте, что 100 человек оценили по шкале от 0 до 10. Если 99 из них получили оценку 10, а один – оценку 0, какое будет среднее?
– Э-э… 990/100… это будет 9,9, Сомс.
– И сколько из них окажется выше среднего?
– Э-э… 99.
– Я же говорю, заблуждение.
Но меня непросто было отвлечь.
– Но все они лишь чуть-чуть превосходят среднее, Сомс, да и данные не слишком типичны.
– Я намеренно выпятил этот эффект, чтобы сделать его более заметным, Ватсап. Любые сдвинутые – асимметричные – данные, как правило, ведут себя сходным образом. Предположим, к примеру, что большинство кэбменов достаточно компетентны, значительное меньшинство ужасны, а несколько человек – очень немного – превосходны в своем деле. Кто из кэбменов в таком случае окажется выше среднего?
– Ну… дурные утянут среднее значение вниз, и превосходных не хватит, чтобы их уравновесить… Господи! Все компетентные и превосходные кэбмены окажутся выше среднего!
– В самом деле, – отозвался Сомс. Он быстро набросал на каком-то случайном листе диаграмму. – С этими данными, которые более реалистичны, среднее значение равно 6,25, и 60 % кэбменов оказываются выше него.
– Так что статья в Manchester Mirrograph ошибочна? – поинтересовался я.
– Вас это удивляет, Ватсап? Откровенно говоря, у них редко попадаются полностью правдивые статьи. Но здесь журналист угодил в обычную ловушку. Он спутал среднее значение с медианным, которое определяется как значение, для которого половина оценок находится выше, а половина – ниже. Эти две величины часто не совпадают.
– Получается, что 75 % кэбменов ни при каких обстоятельствах не могут иметь уровень выше медианного?
– Только если число кэбменов равно нулю.
– Но при этом 75 % кэбменов в принципе может иметь уровень выше среднего?
– Да.
– И это не означало бы, что у них всех завышенное самомнение?
Сомс снова вздохнул.
– А вот это, мой дорогой Ватсап, совсем другой коленкор, и даже другого цвета. Существует распространенная форма когнитивной ошибки, которую называют иллюзорным превосходством. Многие воображают себя выше других, даже если это на самом деле не так. Почти все мы страдаем этим заблуждением, за исключением, естественно, меня. В прошлом месяце журнал Quantitative Phrenology and Cognition[26] написал, что 69 % шведских кэбменов считают свои способности выше медианных. Это точно иллюзия, даже не сомневайтесь.
Реальные современные данные см. в главе «Загадки разгаданные».
Куб «Мышеловка»
Джереми Фаррелл придумал магический словарный куб, который подчиняется тем же правилам, что и его магические квадраты. В кубе задействовано слово MOUSETRAP (мышеловка), а буквам присвоены следующие магические значения: M = 0, O = 0, U = 2, S = 6, E = 9, T = 18, R = 3, A = 1, P = 0. Некоторые из слов куба представляют собой личные имена, а некоторые используются очень редко. К примеру, OSE – это имя какого-то демона, а также название мест в Японии, Нигерии, Польше, Норвегии и на острове Скай. Тем не менее поразительно уже то, что такую вещь в принципе можно сделать.
Числа Серпинского
Специалисты по теории чисел, занятые поисками больших простых чисел, часто рассматривают числа вида k2n + 1 для какого-то выбранного k при разных n. Пробные расчеты позволяют предположить, что для большинства значений k среди этих чисел встречается по крайней мере одно простое число, часто больше. К примеру, если k = 1, то 1 × 2n + 1 является простым для n = 2, 4, 8. Если k = 3, то 3 × 2n + 1 простое при n = 1, 2, 5, 6, 8, 12. Если k = 5, то 5 × 2n + 1 простое при n = 1, 3, 7. (В общем случае мы можем разделить k на 2 столько раз, сколько нужно, чтобы получить нечетное число, а все двойки включить в 2n. Поэтому можно смело считать k нечетным, не теряя общности. К примеру, 24 × 2n = 3 × 23× 2n = 3 × 2n+3.)
