Игра в имитацию - Эндрю Ходжес (2015)

Теперь все эти таблицы с конечным числом действий можно было расположить в некотором роде по алфавитному порядку, начиная с самой простой и заканчивая наиболее большой и сложной. Их можно было представить в виде списка или посчитать; и это означало, что все вычислимые числа также можно было представить в виде списка. Разумеется, выполнить на практике подобное было достаточно сложно, но идея была довольно ясной: квадратный корень из трех в таком случае будет значиться 678-м в списке, а логарифм числа π — 9369-м. Такая мысль казалась потрясающей, поскольку в такой список могло войти любое число, полученное в результате выполнения арифметических действий, например, вычисления корня уравнения, или используя математические функции, например, синусы и логарифмы, — любое число, которое могло возникнуть в сфере вычислительной математики. И в тот самый момент, когда он пришел к этой мысли, он узнал ответ на третий вопрос Гильберта. Возможно, именно это он неожиданно понял, остановившись отдохнуть на лугу в Гранчестере. И полученному ответу он был обязан прекрасному математическому устройству, которое все это время ожидало своего часа.

Всего полвека назад, кантор пришел к мысли, что можно поместить все дроби — все рациональные числа — в единый список. Наивно было полагать, что дробей существовало больше, чем целых чисел. Но Кантор смог доказать, что в узком смысле это предположение было неверным, поскольку все они могли быть подсчитаны и помещены в список с алфавитным порядком. Не принимая во внимание дроби с сокращающимся множителем, список всех рациональных чисел между 0 и 1 начинался бы следующим образом:

1/2 1/3 1/4 2/3 1/5 1/6 2/5 3/4 1/7 3/5 1/8 2/7 4/5 1/9 3/7 1/10…

Но Кантор не остановился на достигнутом и изобрел особый математический трюк, который получил название «диагональный метод Кантора» и мог быть использован в качестве доказательства существования иррациональных чисел. Для этого рациональные числа представлялись в виде бесконечных разложений десятичной дроби, и соответственно список всех подобных чисел между 0 и 1 начинался бы следующим образом:

5000000000000000000.…

3333333333333333333.…

2500000000000000000.…

6666666666666666666.…

2000000000000000000.…

1666666666666666666.…

4000000000000000000.…

7500000000000000000.…

1428571428571428571.…

6000000000000000000.…

1250000000000000000.…

2857142857142857142.…

8000000000000000000.…

1111111111111111111.…

4285714285714285714.…

1000000000000000000.…

……

……

Суть математической уловки Кантора состояла в том, чтобы рассмотреть диагональное число, начинающееся

5306060020040180.…

а затем изменить каждую его цифру, например прибавив к каждой по единице, за исключением изменения 9 на 0. В таком случае бесконечный десятичный ряд будет начинаться следующим образом:

6417171131151291.…

Это число не могло быть рациональным, поскольку оно отличалось от первого в списке рационального числа в первом десятичном разряде, от 964-го рационального числа в 964-м десятичном разряде, и так далее. Таким образом, число не могло входить в список. А поскольку список содержал все рациональные числа, диагональное число не могло быть рациональным.

Такое наблюдение о существовании иррациональных числах не было новым — об этом было известно еще Пифагору. Суть диагонального метода заключалась в другом. С его помощью Кантор хотел показать, что ни один список не мог включать все «действительные числа», то есть, все числа с бесконечным десятичным рядом, поскольку любой предложенный список определял другое число с бесконечным десятичным рядом, которое бы не учитывалось. Метод Кантора доказал, что в более узком смысле существует больше действительных чисел, чем целых чисел. В результате появилась особая теория бесконечных рядов.