Хаим Шапира - Восемь этюдов о бесконечности. Математическое приключение

Архимед установил, что число песчинок во Вселенной ограничено сверху числом 10 63, и доказал таким образом ошибочность обоих предыдущих утверждений.

Через много лет после того, как Архимед завершил свои расчеты, а именно в 1938 г., английский астрофизик, астроном и математик сэр Артур Стэнли Эддингтон прочитал в кембриджском Тринити-колледже лекцию, в которой заявил:

Я полагаю, что во Вселенной существует 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366231 425 076 185 631 031 296 протонов и такое же количество электронов.

Это огромное число известно теперь под названием «число Эддингтона». Выглядит оно весьма эффектно, но не имеет никакого отношения к бесконечности.

Как писали в книге «Математика и воображение» (Mathematics and Imagination, 1940) математики Эдвард Казнер и Джеймс Ньюмен, необходимо понимать, что «очень много» и «бесконечность» – две совершенно разные концепции. Нет такой точки, в которой крупная звезда становится бесконечной. Мы можем записать сколь угодно большое число, и оно будет не ближе к бесконечности, чем числа 1 или 7.

Интересно отметить, что именно в упомянутой выше книге впервые появилось слово «гугол». Это название для числа, записывающегося в виде единицы, за которой следуют сто нулей, предложил племянник Казнера Милтон, которому было тогда девять лет. Кстати говоря, от искаженного написания слова «гугол» произошло и название Google.

Тот же необычный мальчик предложил и термин «гуголплекс» – название числа, образованного из единицы и очень многих нулей: «Гуголплекс должен состоять из 1, за которой пишут нули, пока не устанет рука». Сегодня гуголплексом называют число, гораздо более точно определенное: 10 гугол. Даже не пытайтесь представить себе это число. Астроном и писатель Карл Саган (1934–1996) отмечал в своем телесериале «Космос: Личное путешествие», что записать гуголплекс невозможно в связи с одной очень серьезной проблемой: в наблюдаемой Вселенной не хватит места для всех его цифр.

Тем не менее даже гуголплекс бесконечно далек от бесконечности. На самом деле это число ничуть не ближе к бесконечности, чем 1 или 7, да и любое другое число, которое вы можете назвать.

Даже число, равное гуголплексу в степени гуголплекса остается определенно конечным. Я буду называть это число пухплексом в честь своего любимейшего друга, милого, пухлого медвежонка Винни-Пуха. Если даже гуголплекс превосходит всякое человеческое воображение, то что уж говорить о пухплексе? Вы можете придумывать сколь угодно большие числа и даже давать им названия по своему вкусу. Можно возвести пухплекс в степень пухплекса, а потом подумать о факториале получившегося числа – одна только попытка осознать размеры таких чисел вызывает у меня головную боль – и все равно эти числа будут конечными и останутся не менее далеки от бесконечности, чем число 7.

Вернемся же к разговору о бесконечности.

Вернемся к вопросу о том, когда можно считать, что два множества имеют одинаковые размеры.

В случае конечных множеств никаких затруднений не возникает. По меньшей мере в принципе эту задачу можно решить методом подсчета: если в множестве А столько же элементов, сколько и в множестве В, можно сказать, что эти множества равного размера.

Трудности возникают, однако, когда речь заходит о бесконечных множествах. В этом случае подсчет их элементов невозможен. Как вы думаете, можно ли сравнить размеры двух групп без подсчета? Оказывается, можно.

Для начала попытаемся немного разобраться в ином подходе к сравнению конечных множеств. Представим себе модный клуб, в котором идет полным ходом ежегодная встреча топ-моделей и знаменитых футболистов. Праздник в самом разгаре, и многие футболисты, так же как и многие манекенщицы, самозабвенно пляшут на танцплощадке.

Можем ли мы определить, не считая, кого там больше – футболистов или манекенщиц, или же, может быть, и тех и других присутствует поровну?

У этой задачи есть одно чрезвычайно простое решение: нужно всего лишь включить какую-нибудь спокойную музыку и объявить, что каждый футболист должен пригласить на танец манекенщицу. После этого есть три варианта развития событий:

1. Танцуют все, что означает, что число футболистов равно числу манекенщиц.

2. Остаются футболисты, которые не смогли найти себе пары и стоят, печальные и одинокие, возле бара. В этом случае ясно, что футболистов оказалось больше, чем манекенщиц.