Если сложить первые 20 цифр π, получим 100. Если сложить первые 144 цифры, получим апокалиптическое число зверя 666 из «Откровения Иоанна Богослова». Но мы не вправе считать подобные совпадения проявлением чего-то высшего, поскольку они зависят от выбранной системы счисления, которая целиком и полностью придумана человеком.
Так, Дэвид Чамперноун (19122000) придумал нормальное число по основанию 10. Он обнаружил это число в 21 год, еще не закончив обучение. Это пример трансцендентного числа, которое одновременно является нормальным и универсальным. Оно определяется очень просто: достаточно записать по порядку все натуральные числа:
С10 = 0,123456789101112131415161π81920212223
Нет никаких сомнений, что это число является универсальным, так как в десятичной записи числа Чамперноуна встречается любая последовательность из N цифр. Оно обозначается С10, где 10 означает десятичную систему счисления. Кроме этого, существует бесконечное множество вариантов С10, обладающих теми же свойствами.
Оставим дальнейшее рассмотрение этого вопроса читателю в качестве упражнения. Следует добавить, что так называемое число Коупленда Эрдёша, формируемое аналогичным способом, но только из простых чисел, также является нормальным (по основанию 10):
0,235711131719232931
С определенной точки зрения особенность числа π, о которой пишет Саган, не является чем-то уникальным. Числа, содержащие в себе круг, образованный нулями и единицами, встречаются не так уж редко. Фактически существует бесконечное множество таких чисел, но они не связывают между собой длину и диаметр окружности.
Является ли π универсальным числом? Неизвестно. Известно лишь, что все универсальные числа являются нормальными, но это нисколько не помогает найти ответ на этот вопрос.
«Что за ерунда!» скажет большинство. Возможно ли, что она является неполной? Может ли она содержать формулы, которые нельзя ни доказать, ни опровергнуть методами этой логической системы? Большинство также скажет, что это невозможно. Как может быть неполной область знаний, содержащая правила элементарной арифметики? Любая теорема верна либо неверна. Возможно, чтобы окончательно узнать это для некоторых теорем, потребуется много времени, но однажды они будут доказаны либо опровергнуты. Наглядный пример этому теорема Ферма: прошло несколько веков, прежде чем было получено ее доказательство.
Гёдель доказал, что любая формальная система является неполной или противоречивой и не может являться полной и непротиворечивой одновременно. Если она является полной и любое утверждение в ней можно доказать или опровергнуть, то какое-то из ее положений противоречиво. Если же система не содержит противоречий, то, по Гёделю, она является неполной. Всегда будет существовать утверждение, которое нельзя будет доказать или опровергнуть.
КОНТИНУУМ-ГИПОТЕЗАГеорг Кантор провел большую часть жизни в попытках доказать гипотезу, которую можно сформулировать так: пусть А счетное множество, кардинальное число которого равно Х0. Определим как кардинальное число Ф(А), где Ф(А) является множеством подмножеств А:
|Ф(А)| = Х1
Обозначим количество вещественных чисел, или кардинальное число множества вещественных чисел, за с и назовем его континуумом. Кантор пришел к следующему неравенству:
Х0 < c < Х1.
Он был точно уверен, что между Х0 и Х1 не может находиться никакого кардинального числа, так как с = Х1. Это так называемая континуум-гипотеза.
В 1963 году американский математик Пол Коэн (19342007) доказал, что эта гипотеза является недоказуемой, поэтому ее можно считать истинной или ложной. При этом в общей математике ничего не изменится.
Гёдель поставил нас в очень интересное положение. Бертран Рассел в шутку говорил, что чистая математика это такой предмет, где мы не знаем, о чем мы говорим, и не знаем, истинно ли то, что мы говорим. Рёдель окончательно испортил дело. Мы также не знаем, сможем ли мы когда-либо что-либо доказать. Теорема Гёделя не выдумка, так как уже найдены некоторые недоказуемые утверждения, среди которых континуум-гипотеза.
Очевидно, что недоказуемые утверждения не следует искать среди общеупотребительных. Если недоказуемость какого-либо утверждения как-то повлияет на другие области стандартной математики (яркий пример теорема Ферма), то маловероятно, что мы имеем дело с гёделевским утверждением.
Вспомним последние вопросы, которые перед нами поставило число π. Есть ли на них ответ? На данный момент нет. Будет ли он получен в будущем? Возможно.
Мы не заявляем, что многие утверждения о π являются недоказуемыми. Многие полагают, что эти утверждения будут недоказуемы, если их доказательство или опровержение не повлияет на «стандартную» математику.
Допустим, что некоторые утверждения о числе π связаны с бесконечностью весьма тонкой областью, расположенной на переднем рубеже математики. Именно в этой области выводы Гёделя уже получили подтверждение.
КУРТ ГЁДЕЛЬ (19061978)Этот американский математик чешского происхождения специализировался на логике. В Европе он участвовал в семинарах Венского кружка. Эмигрировал в США из-за растущей угрозы нацизма. Известность ему принесла публикация «О формально неразрешимых предложениях Principia mathematica и родственных систем». Его работы настолько сложны для неспециалистов, что научно-популярная книга Эрнеста Нагеля «Доказательство Гёделя» более известна, чем оригинальный труд Гёделя. В этом труде представлены теоремы о неполноте, которые гласят, что формальная система, в которой можно определить основные арифметические понятия, не может быть одновременно полной и непротиворечивой. Он также доказал, что внутри такой системы есть аксиомы, недоказуемые в рамках этой системы. Оба вывода до сих пор не перестают вызывать смущение и ограничивают математику в той же мере, в какой принцип неопределенности Гейзенберга ограничивает физику.
Этот и другие результаты сделали Гёделя почти легендарной фигурой среди ученых всего мира. Книга Дугласа Роберта Хофштадтера «Гёдель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда» стала бестселлером.
На протяжении всей жизни Гёдель страдал от депрессии и паранойи, что в конечном итоге привело к его смерти. Эта история больше напоминает приключенческий роман: Гёдель соглашался есть только то, что сперва пробовала его жена, поэтому когда она заболела и ее положили в больницу, он отказался принимать пищу и в итоге умер от истощения.