Чарльз Сейфе - Ноль - биография опасной идеи

Жерар Дезарг, французский архитектор XVII века, был одним из зачинателей проективной геометрии. Он использовал бесконечно удаленную точку для доказательства ряда важных новых теорем, однако коллеги Дезарга не могли понять его терминологии и сочли его сумасшедшим. Хотя некоторые математики, например Блез Паскаль, оценили работы Дезарга, они были забыты.

Для Жана-Виктора Понселе это не имело значения. Как ученик Монжа, Понселе освоил систему построения проекций в двух плоскостях, а будучи военнопленным, имел достаточно свободного времени. Он использовал свое пребывание в плену для того, чтобы заново открыть концепцию бесконечно удаленной точки. Использовав ее для развития идей Монжа, он стал подлинным создателем проективной геометрии. По возвращении из России (он привез с собой счеты — русский абак, к тому времени архаическую диковинку) Понселе поднял проективную геометрию до уровня настоящего высокого искусства [30] Иногда помогает думать о волновой функции (технически о квадрате волновой функции) как о мере вероятности того, где окажется частица. Электрон, скажем, размазан по пространству, но когда вы делаете измерения, чтобы определить его местонахождение, волновая функция определяет, насколько вероятно обнаружить электрон в каждый данный момент в определенной точке пространства. Эйнштейн возражал именно против этой неопределенности природы. Его знаменитое заявление: «Бог не играет в кости со Вселенной» было возражением против вероятностной интерпретации квантовой механики. К несчастью для Эйнштейна, уравнения квантовой механики дают решения, невероятно точно соответствующие наблюдениям, и успешно объяснить квантовые эффекты с позиций традиционной классической физики невозможно ( прим. авт. ). . Впрочем, Понселе не имел представления о том, что проективная геометрия раскроет таинственную природу ноля, потому что для этого требовался второй важный прорыв, еще один важный компонент — комплексная плоскость. За этой частью загадки мы должны отправиться в Германию.

Карл Фридрих Гаусс, родившийся в 1777 году, был немецким вундеркиндом. Он начал свою математическую карьеру с исследования мнимых чисел. Его докторская диссертация включала доказательство фундаментальной теоремы алгебры — что полином степени n (квадратное уравнение имеет степень 2, кубическое — 3 и т.д.) имеет n корней. Это верно только в том случае, если вы принимаете мнимые числа, как и вещественные.

За свою жизнь Гаусс исследовал множество проблем, относящихся к самым разным разделам математики над невероятным множеством тем; его исследование работы по теории кривизны стало ключевым компонентом для общей теории относительности Эйнштейна. Кроме того, целую новую структуру в математике создал метод изображения комплексных чисел Гаусса.

В 1830-е годы Гаусс понял, что каждое комплексное число — число, имеющее вещественную и мнимую часть, как 1 — 2 i — может быть изображено в декартовых координатах. Горизонтальная ось представляет вещественную часть комплексного числа, а вертикальная — мнимую ( рис. 32 ). Эта простая конструкция, названная комплексной плоскостью, раскрыла многое о том, как работают числа.

Рис. 32.Комплексная плоскость

Возьмите, например, число i . Угол между ним и осью x составляет 90 градусов ( рис. 33 ). Что произойдет, когда вы возведете i в квадрат? Ну, по определению, i 2= –1. Эта точка отстоит на 180 градусов от оси x : угол удвоился.

Рис. 33.i под углом 90 градусов

Рис. 34.Различные возможности i

Число i 3равно –i — в 270 градусах от оси x : угол утроился. Число i 4= 1. Мы совершили оборот в 360 градусов — ровно в четыре раза больше исходного угла ( рис. 34 ). Это не совпадение. Возьмите любое комплексное число и измерьте угол. Возведение этого числа в степень n увеличивает угол в n раз. И по мере того как вы все больше и больше увеличиваете n , число по спирали движется внутрь или наружу, в зависимости от того, находится ли исходное число внутри или снаружи единичной окружности — окружности с центром в начале координат и с радиусом 1 ( рис. 35 ).