Сколько имеется простых чисел, не превышающих 20? Их восемь: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17 и
19. А сколько простых чисел, не превышающих миллиона? Миллиарда? Существует ли общая формула, которая могла бы избавить нас от прямого пересчета? Догадка, выдвинутая по этому поводу немецким математиком Бернхардом Риманом в 1859 году, для многих поколений ученых стала навязчивой идеей: изящная, интуитивно понятная и при этом совершенно недоказуемая, она остается одной из величайших нерешенных задач в современной математике. Неслучайно Математический Институт Клея включил гипотезу Римана в число семи «проблем тысячелетия», за решение каждой из которых установлена награда в один миллион долларов. Популярная и остроумная книга американского математика и публициста Джона Дербишира рассказывает о многочисленных попытках доказать (или опровергнуть) гипотезу Римана, предпринимавшихся за последние сто пятьдесят лет, а также о судьбах людей, одержимых этой задачей.
Почва и всходы.
О Бернхарде Римане известно немного. Он не оставил никаких документов, позволяющих судить о его внутренней жизни, - за исключением того, что можно почерпнуть из его писем. Его современник и друг Рихард Дедекинд оказался единственным близким к Риману человеком, оставившим подробные воспоминания. Но и они занимают всего 17 страниц и проясняют не так много. Я не могу поэтому даже пытаться охватить в дальнейшем изложении всю личность Римана, но все-таки надеюсь, что читатель вынесет из этого рассказа нечто большее, чем просто имя. В данной главе описание научной деятельности Римана и всего, что с ней связано, сведено к минимуму; об этом мы поговорим более подробно в главе 8.
Сначала опишем время и место жизни нашего героя.
Решив, что Французская революция дезорганизовала нацию и сделала французов в силу пробудившихся в них республиканских и антимонархических идей недееспособными, враги Франции попытались извлечь пользу из сложившейся ситуации. В 1792 году огромные силы, в основном состоящие из австрийских и прусских войск, но включавшие и отряд из 15 тысяч французских эмигрантов, двинулись на Париж. К их удивлению, армия революционной Франции оказала сопротивление, навязав наступавшим артиллерийскую дуэль в густом тумане у деревни Вальми 20 сентября того года. Эдвард Кризи в своем классическом труде “Пятнадцать решающих битв в мировой истории” называет это битвой при Вальми. Немцы называют ее канонадой при Вальми.
Содержание
Предисловие к русскому изданию
Вступление
Часть первая. Теорема о распределении простых чисел
Глава 1. Карточный фокус
Глава 2. Почва и всходы
Глава 3. Теорема о распределении простых чисел
Глава 4. На плечах гигантов
Глава 5. Дзета-функция Римана
Глава 6. Великое соединение
Глава 7. Золотой Ключ и улучшенная Теорема о распределении простых чисел:
Глава 8. Не лишено некоторого интереса
Глава 9. Расширение области определения
Глава 10. Доказательство и поворотная точка
Часть вторая. Гипотеза Римана
Глава 11. Обитатели матрешек
Глава 12. Восьмая проблема Гильберта.
Глава 13. Муравей Apr и муравей Знач
Глава 14. Во власти одержимости
Глава 15. О большое и мебиусово мю
Глава 16. Вверх по критической прямой
Глава 17. Немного алгебры
Глава 18. Теория чисел встречается с квантовой механикой
Глава 19. Поворот Золотого Ключа
Глава 20. Риманов оператор и другие подходы
Глава 21. Остаточный член
Глава 22. Она или верна, или нет
Эпилог
Приложение. Гипотеза Римана в песне
Организации и частные лица, предоставившие возможность воспроизвести портреты
Примечания и дополнения автора, сделанные в середине 2003 года
Предметно-тематический и именной указатель.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Простая одержимость, Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике, Дербишир Д., 2010 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.
Посвящается Рози
Предисловие к русскому изданию
О том, что готовится русский перевод моей книги, я впервые услышал от переводчика А.М. Семихатова, обратившегося ко мне для уточнения некоторых деталей.
Это известие привело меня в восторг. Мой не слишком убедительный опыт в изучении русского языка описан в примечании . Стыдно признаться, но с тех пор мое знание русского не сильно продвинулось. Несмотря на это, я по-прежнему испытываю немалую сентиментальную привязанность к этому языку. Азам русского меня обучал преподаватель из Школы славянских и восточноевропейских исследований, расположенной поблизости от того колледжа в Лондоне, где я учился. Мой преподаватель - да простят меня небеса, я позабыл, как его звали, - был из той редкой породы людей, которые действительно искренне любят язык ради самого языка (насколько я понял из нашей электронной переписки, к числу таких людей относится и A.M. Семихатов). Чтобы мы прочувствовали, как в русских словах ставится ударение - а это самый сложный момент для всех иностранцев, изучающих русский, - он заставлял нас учить наизусть короткие отрывки из стихотворений прекрасных русских поэтов. Так что и по сей день я могу наизусть прочитать что-то из Пушкина и Есенина, хотя при этом вряд ли способен заказать по-русски и чашку кофе.
До того как A.М. Семихатов связался со мной, я ничего не знал о фонде «Династия», под эгидой которого был организован перевод моей книги. Я принялся расспрашивать своих русских друзей, те стали расспрашивать своих друзей, и т.д. Теперь я знаю гораздо больше. Я знаю, какую огромную работу по поддержанию замечательных традиций российской науки, и в частности математики, ведет фонд «Династия». И я рад, что часть этих традиций я сумел описать в своей книге. Я благодарен фонду «Династия» за то, что среди других они выбрали для перевода именно мою книгу. Это большая честь для меня.
Главная тема моей книги - Гипотеза Римана и усилия, направленные на ее доказательство, - это всего лишь небольшая часть математики, а сама математика - лишь одно из многочисленных направлений в мыслительном процессе, посредством которого человечество стремится познать ту Вселенную, где нам довелось жить. Тем не менее я надеюсь, что мое повествование достойно передает дух интеллектуальной свободы и честного научного соревнования - двух составляющих, лежащих в основе всего, что мы знаем или надеемся узнать; только они и делают возможными новые открытия и позволяют реализовать знаменитые слова Давида Гильберта, которые я цитирую в главе 16: «Wir müssen wissen, wir werden wissen» - «Мы должны знать, мы будем знать!» Я приветствую деятельность фонда «Династия», направленную на создание условий для этого.
От автора книги такого рода требуется предоставить читателям возможность одновременно и получать удовольствие от чтения, и обучаться чему-то. Удовольствие проще простого испортить плохим переводом. Я уверен, что перевод моей книги - это совсем другой случай, и склонен даже подозревать, что из рук переводчика книга вышла даже в несколько улучшенном виде. Переводческий труд редко бывает благодарной (и хорошо оплачиваемой) работой. Так что авторам остается только надеяться, что с переводчиком им повезет. Судя по нашей переписке и по тем фактам, которые стали мне известны от моих русских друзей, мне и моим русским читателям по-настоящему повезло и такой переводчик, как Алексей Семихатов, - большая удача для всех нас. И я бесконечно благодарен ему за его тщательную и кропотливую работу и за неизменное внимание к деталям.
Напоследок я хочу еще раз поблагодарить фонд «Династия» за то, что их выбор пал именно на мою книгу.
Джон Дербишир
Хантингтон, Лонг-Айленд
Июнь 2008 г.
Вступление
В августе 1859 года Бернхард Риман стал членом-корреспондентом Берлинской академии наук; это была большая честь для тридцатидвухлетнего математика. В согласии с традицией Риман по такому случаю представил академии работу по теме исследований, которыми он был в то время занят. Она называлась «О числе простых чисел, не превышающих данной величины». В ней Риман исследовал простой вопрос из области обычной арифметики. Чтобы понять этот вопрос, сначала выясним, сколько имеется простых чисел, не превышающих 20. Их восемь: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17 и 19. А сколько простых чисел, не превышающих тысячи? Миллиона? Миллиарда? Существует ли общий закон или общая формула, которые избавили бы нас от прямого пересчета?
Риман взялся за эту проблему, используя самый развитый математический аппарат своего времени - средства, которые даже сегодня изучаются только в продвинутых институтских курсах; кроме того, он для своих нужд изобрел математический объект, сочетающий в себе мощь и изящество одновременно. В конце первой трети своей статьи он высказывает некоторую догадку относительно этого объекта, а далее замечает:
Хотелось бы, конечно, иметь строгое доказательство этого факта, но после нескольких недолгих бесплодных попыток я отложил поиск такого доказательства, поскольку этого не требуется для непосредственных целей моего исследования.
Эта высказанная по случаю догадка оставалась почти незамеченной в течение десятилетий. Но затем, по причинам, которые я поставил себе целью описать в данной книге, она постепенно завладела воображением математиков, пока не достигла статуса одержимости, непреодолимой навязчивой идеи.
Гипотеза Римана, как стали называть эту догадку, оставалась навязчивой идеей в течение всего XX столетия и остается таковой по сей день, отразив к настоящему моменту все без исключения попытки доказать ее или опровергнуть. Эта одержимость Гипотезой Римана стала сильна как никогда после того, как в последние годы были успешно решены другие великие проблемы, долгое время остававшиеся открытыми: Теорема о четырех красках (сформулирована в 1852 году, решена в 1976), Последняя теорема Ферма (сформулирована, по-видимому, в 1637 году, доказана в 1994), а также многие другие, менее известные за пределами мира профессиональных математиков. Гипотеза Римана сегодня - это гигантский Белый Кит математических исследований.
Гипотеза Римана поглощала внимание математиков в течение всего XX века. Вот что говорил Давид Гильберт, один из виднейших математических умов своего времени, обращаясь ко второму международному конгрессу математиков:
В теории распределения простых чисел в последнее время Адамаром, де ля Валле Пуссеном, фон Мангольдтом и другими сделаны существенные сдвиги. Но для полного решения проблемы, поставленной в исследовании Римана «О числе простых чисел, не превышающих данной величины», необходимо прежде всего доказать справедливость исключительно важного утверждения Римана <…>.
Далее Гильберт приводит формулировку Гипотезы Римана. А вот как сто лет спустя высказался Филип А. Гриффите, директор Института высших исследований в Принстоне, а ранее - профессор математики в Гарвардском университете. В своей статье, озаглавленной «Вызовы исследователям XXI века», в январском номере Journal of the American Mathematical Society за 2000 год он пишет:
Несмотря на колоссальные достижения XX века, десятки выдающихся проблем все еще ожидают своего решения. Наверное, большинство из нас согласится, что следующие три проблемы относятся к числу наиболее вызывающих и интересных.
Первой из них является Гипотеза Римана, которая дразнит математиков уже 150 лет <…>.
Интересным явлением в Соединенных Штатах в последние годы XX века стало появление частных математических исследовательских институтов, финансируемых богатыми любителями математики. И Математический институт Клея (основанный в 1998 году бостонским финансистом Лэндоном Т. Клеем), и Американский математический институт (основан в 1994 году калифорнийским предпринимателем Джоном Фраем) ориентировали свои исследования на Гипотезу Римана. Институт Клея установил премию в миллион долларов за ее доказательство или опровержение. Американский математический институт обращался к Гипотезе на трех полномасштабных конференциях (в 1996, 1998 и 2000 годах), собравших исследователей со всего мира. Помогут ли эти новые подходы и инициативы в конце концов победить Гипотезу Римана, пока не ясно.
В отличие от Теоремы о четырех красках или Последней теоремы Ферма Гипотезу Римана нелегко сформулировать так, чтобы сделать ее понятной для нематематика, потому что она составляет самую суть одной трудной для понимания математической теории. Вот как она звучит:
Гипотеза Римана
Все нетривиальные нули дзета-функции имеют вещественную часть, равную одной второй.
Для обычного читателя, даже хорошо образованного, но без продвинутой математической подготовки, это, вероятно, полная бессмыслица. С равным успехом можно было бы сформулировать Гипотезу на церковнославянском. В данной книге параллельно с описанием истории Гипотезы и ряда людей, имевших к ней отношение, я попытался довести этот глубокий и таинственный вывод до уровня, доступного широкому читателю, сообщая при этом ровно столько математических сведений, сколько необходимо для понимания Гипотезы.
Посвящается Рози
Предисловие к русскому изданию
О том, что готовится русский перевод моей книги, я впервые услышал от переводчика А.М. Семихатова, обратившегося ко мне для уточнения некоторых деталей.
Это известие привело меня в восторг. Мой не слишком убедительный опыт в изучении русского языка описан в примечании . Стыдно признаться, но с тех пор мое знание русского не сильно продвинулось. Несмотря на это, я по-прежнему испытываю немалую сентиментальную привязанность к этому языку. Азам русского меня обучал преподаватель из Школы славянских и восточноевропейских исследований, расположенной поблизости от того колледжа в Лондоне, где я учился. Мой преподаватель - да простят меня небеса, я позабыл, как его звали, - был из той редкой породы людей, которые действительно искренне любят язык ради самого языка (насколько я понял из нашей электронной переписки, к числу таких людей относится и A.M. Семихатов). Чтобы мы прочувствовали, как в русских словах ставится ударение - а это самый сложный момент для всех иностранцев, изучающих русский, - он заставлял нас учить наизусть короткие отрывки из стихотворений прекрасных русских поэтов. Так что и по сей день я могу наизусть прочитать что-то из Пушкина и Есенина, хотя при этом вряд ли способен заказать по-русски и чашку кофе.
До того как A.М. Семихатов связался со мной, я ничего не знал о фонде «Династия», под эгидой которого был организован перевод моей книги. Я принялся расспрашивать своих русских друзей, те стали расспрашивать своих друзей, и т.д. Теперь я знаю гораздо больше. Я знаю, какую огромную работу по поддержанию замечательных традиций российской науки, и в частности математики, ведет фонд «Династия». И я рад, что часть этих традиций я сумел описать в своей книге. Я благодарен фонду «Династия» за то, что среди других они выбрали для перевода именно мою книгу. Это большая честь для меня.
Главная тема моей книги - Гипотеза Римана и усилия, направленные на ее доказательство, - это всего лишь небольшая часть математики, а сама математика - лишь одно из многочисленных направлений в мыслительном процессе, посредством которого человечество стремится познать ту Вселенную, где нам довелось жить. Тем не менее я надеюсь, что мое повествование достойно передает дух интеллектуальной свободы и честного научного соревнования - двух составляющих, лежащих в основе всего, что мы знаем или надеемся узнать; только они и делают возможными новые открытия и позволяют реализовать знаменитые слова Давида Гильберта, которые я цитирую в главе 16: «Wir müssen wissen, wir werden wissen» - «Мы должны знать, мы будем знать!» Я приветствую деятельность фонда «Династия», направленную на создание условий для этого.
От автора книги такого рода требуется предоставить читателям возможность одновременно и получать удовольствие от чтения, и обучаться чему-то. Удовольствие проще простого испортить плохим переводом. Я уверен, что перевод моей книги - это совсем другой случай, и склонен даже подозревать, что из рук переводчика книга вышла даже в несколько улучшенном виде. Переводческий труд редко бывает благодарной (и хорошо оплачиваемой) работой. Так что авторам остается только надеяться, что с переводчиком им повезет. Судя по нашей переписке и по тем фактам, которые стали мне известны от моих русских друзей, мне и моим русским читателям по-настоящему повезло и такой переводчик, как Алексей Семихатов, - большая удача для всех нас. И я бесконечно благодарен ему за его тщательную и кропотливую работу и за неизменное внимание к деталям.
Напоследок я хочу еще раз поблагодарить фонд «Династия» за то, что их выбор пал именно на мою книгу.
Джон Дербишир
Хантингтон, Лонг-Айленд
Июнь 2008 г.
Вступление
В августе 1859 года Бернхард Риман стал членом-корреспондентом Берлинской академии наук; это была большая честь для тридцатидвухлетнего математика. В согласии с традицией Риман по такому случаю представил академии работу по теме исследований, которыми он был в то время занят. Она называлась «О числе простых чисел, не превышающих данной величины». В ней Риман исследовал простой вопрос из области обычной арифметики. Чтобы понять этот вопрос, сначала выясним, сколько имеется простых чисел, не превышающих 20. Их восемь: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17 и 19. А сколько простых чисел, не превышающих тысячи? Миллиона? Миллиарда? Существует ли общий закон или общая формула, которые избавили бы нас от прямого пересчета?
Риман взялся за эту проблему, используя самый развитый математический аппарат своего времени - средства, которые даже сегодня изучаются только в продвинутых институтских курсах; кроме того, он для своих нужд изобрел математический объект, сочетающий в себе мощь и изящество одновременно. В конце первой трети своей статьи он высказывает некоторую догадку относительно этого объекта, а далее замечает:
Хотелось бы, конечно, иметь строгое доказательство этого факта, но после нескольких недолгих бесплодных попыток я отложил поиск такого доказательства, поскольку этого не требуется для непосредственных целей моего исследования.
Эта высказанная по случаю догадка оставалась почти незамеченной в течение десятилетий. Но затем, по причинам, которые я поставил себе целью описать в данной книге, она постепенно завладела воображением математиков, пока не достигла статуса одержимости, непреодолимой навязчивой идеи.
Гипотеза Римана, как стали называть эту догадку, оставалась навязчивой идеей в течение всего XX столетия и остается таковой по сей день, отразив к настоящему моменту все без исключения попытки доказать ее или опровергнуть. Эта одержимость Гипотезой Римана стала сильна как никогда после того, как в последние годы были успешно решены другие великие проблемы, долгое время остававшиеся открытыми: Теорема о четырех красках (сформулирована в 1852 году, решена в 1976), Последняя теорема Ферма (сформулирована, по-видимому, в 1637 году, доказана в 1994), а также многие другие, менее известные за пределами мира профессиональных математиков. Гипотеза Римана сегодня - это гигантский Белый Кит математических исследований.
Гипотеза Римана поглощала внимание математиков в течение всего XX века. Вот что говорил Давид Гильберт, один из виднейших математических умов своего времени, обращаясь ко второму международному конгрессу математиков:
В теории распределения простых чисел в последнее время Адамаром, де ля Валле Пуссеном, фон Мангольдтом и другими сделаны существенные сдвиги. Но для полного решения проблемы, поставленной в исследовании Римана «О числе простых чисел, не превышающих данной величины», необходимо прежде всего доказать справедливость исключительно важного утверждения Римана <…>.
Далее Гильберт приводит формулировку Гипотезы Римана. А вот как сто лет спустя высказался Филип А. Гриффите, директор Института высших исследований в Принстоне, а ранее - профессор математики в Гарвардском университете. В своей статье, озаглавленной «Вызовы исследователям XXI века», в январском номере Journal of the American Mathematical Society за 2000 год он пишет:
Несмотря на колоссальные достижения XX века, десятки выдающихся проблем все еще ожидают своего решения. Наверное, большинство из нас согласится, что следующие три проблемы относятся к числу наиболее вызывающих и интересных.
Первой из них является Гипотеза Римана, которая дразнит математиков уже 150 лет <…>.
Интересным явлением в Соединенных Штатах в последние годы XX века стало появление частных математических исследовательских институтов, финансируемых богатыми любителями математики. И Математический институт Клея (основанный в 1998 году бостонским финансистом Лэндоном Т. Клеем), и Американский математический институт (основан в 1994 году калифорнийским предпринимателем Джоном Фраем) ориентировали свои исследования на Гипотезу Римана. Институт Клея установил премию в миллион долларов за ее доказательство или опровержение. Американский математический институт обращался к Гипотезе на трех полномасштабных конференциях (в 1996, 1998 и 2000 годах), собравших исследователей со всего мира. Помогут ли эти новые подходы и инициативы в конце концов победить Гипотезу Римана, пока не ясно.
Перед вами - чистая случайность (если, конечно, вы не думаете, что фонд «Династия» - кружок каббалистов). Но можно ли назвать случайностью то, что 107, 131 и 271 - простые числа? Есть ли порядок в их распределении? Веками этот вопрос дразнил математиков, пока в 1859 году Бернхард Риман не предложил точную формулу для подсчета простых чисел, не превышающих данной величины. Догадка была настолько элегантной, что ее строгое доказательство казалось делом техники. Однако свой 151-летний юбилей (151 - простое число) Гипотеза Римана встретила недоказанной и неопровергнутой. Белый кит теории чисел, по выражению Дербишира, до сих пор не пойман.
Cвой 151-летний юбилей (151 - простое число) Гипотеза Римана встретила недоказанной и неопровергнутой.
Четные главы «Простой одержимости» - это увлекательный экскурс в историю Гипотезы Римана и безуспешных попыток ее доказательства. Но просто рассказать о Гипотезе автору недостаточно, он хочет, чтобы читатель-нематематик сам понял ее глубину и красоту. Выполнению этой смехотворно сложной задачи посвящены нечетные главы книги - настоящая математическая полевая школа. К тому моменту, как Дербишир наконец предъявит на 391-й странице формулу, выражающую суть Гипотезы Римана, читатель уже будет посвящен в тайное общество интегральных логарифмов и корней из минус единицы (кстати, по уверению автора, они не более абстрактны, чем обычные числа: «Когда это вы в последний раз спотыкались о семерку?»).
Четные главы «Простой одержимости» - это экскурс в историю Гипотезы Римана и безуспешных попыток ее доказательства. Нечетные - полевая школа математики.
По чистой случайности (которая, конечно, по-своему закономерна), последняя глава, проливающая свет на причины невероятной сложности простых чисел, в книге пропущена. Дербишир просто забыл ее написать. И это притом, что как раз он мог буквально на нескольких страницах обрисовать таинственную суть гипотезы Римана и поведать об удивительных гибридах между хаосом и порядком, существующих в математике. А пока заменим его ненаписанные выводы словами героя одной английской книги: «Простые числа - как жизнь. Все очень закономерно, но законы вы никогда не поймете».
