Это глава о двухстраничном примечании, опубликованном в 1996 г. Возможно, звучит не очень понятно, так что позвольте разрешить все сомнения: это действительно загадочная история. Даже фантастическая. Примечание, о котором идет речь, затрагивает колючие, как кактус, темы из различных скучных областей – от «пустыни» введения в математический анализ до невероятных оранжерей экспериментальной литературы. Книгу «Бесконечная шутка» Дэвида Фостера Уоллеса[59], в которой появилось это самое примечание, называют «шедевром», «запретной и эзотерической», «романом о жизни Центральной Америки в последние 30 лет» и «огромным, энциклопедическим собранием всего того, что, по всей видимости, приходило в голову Уоллесу».
Мой вопрос состоит в следующем: зачем Уоллесу понадобилось насиловать свою душу и наполнять литературное произведение таким странным содержанием? Зачем посвящать две мертвые страницы среднему значению теоремы интегралов, когда в мире есть столько других интересных вещей?
Что для него значит теорема о среднем значении и чем он является для теоремы?
Несмотря на величественное название, теорема о среднем значении довольно проста. Представьте себе, что у вас есть некие количественные изменения в определенный период времени – рост, падение, падение, рост. Теорема о среднем значении утверждает, что где-то среди постоянного изменения и движения есть магическое мгновение – момент, когда значение функции равно общему среднему значению.
Возьмем, например, путешествие на автомобиле. Вы проезжаете 200 км за четыре часа, ваша скорость все время меняется. Если вы возьмете на себя труд ее посчитать, то средняя скорость получается 50 км/ч.
Теорема о среднем значении утверждает, что, по крайней мере, в одно прекрасное мгновение во время вашего путешествия вы ехали точно со скоростью 50 км/ч.
Это действительно очень простая логика. Ехали ли вы со скоростью выше 50 км/ч все четыре часа? Нет, тогда бы вы проехали больше 200 км. Ехали ли вы со скоростью ниже 50 км/ч? Снова нет, тогда бы вы проехали меньше 200 км. Была ли ваша скорость все время ниже или выше 50 км/ч и никогда не достигала этой отметки? Нет, если только вы не сидите за рулем тюнингованного DeLorean. Таким образом, мы приходим к выводу, что, по крайней мере, в один момент вы двигались точно со скоростью 50 км/ч.
Еще один пример – скажем, температура воздуха меняется в течение дня. Она повышается. Она понижается. Она возвращается к прежней отметке. Вы даже можете немного поговорить об этом, поскольку «обсуждение погоды» входит в список задач по умолчанию вашего социального программирования.
А теперь как же мы определим общее среднее значение температуры?
Чтобы найти среднее нескольких чисел, мы их складываем, а потом делим на количество данных. Если в результате трех последних тестов вы получили 70, 81 и 89[60], то ваше среднее – это их сумма (240), деленная на количество данных (3). Это дает вам 80. Но в случае с температурой мы имеем бесконечное множество данных в каждый конкретный момент дня. Чтобы суммировать их все, нам понадобится интеграл.
Заметьте, что на чертеже внизу интеграл меньше, чем прямоугольник слева, и больше, чем прямоугольник справа, точно так же как средняя температура ниже максимума, но больше минимума.
О чем говорит нам теорема о среднем значении? Просто о том, что в какой-то момент дня температура равнялась среднему значению.
Ну хватит про теорему о среднем значении. Теперь обратимся к самому Дэвиду Фостеру Уоллесу, чтобы посмотреть, что он сделал с этой маленькой простой теоремой. На одной из страниц «Бесконечной шутки» мы находим «сложную детскую игру» под названием «Эсхатон». Для нее требуется «400 теннисных мячей, таких побитых и лысых, что их больше нельзя использовать для подач». Каждый из них символизирует собой ядерную боеголовку. Игроки делятся на команды (представляющие мировых политиков), а затем получают причитающееся количество боеголовок, высчитанное с помощью теоремы о среднем значении для интегралов.
То самое примечание находится в конце книги. Именно из него мы узнаем, что для каждой нации соответствующий выборочный показатель для определения ядерного арсенала высчитывается по формуле Чем больше это число, тем выше ядерная мощь. Но вместо того, чтобы распределять теннисные мячи, обозначающие боеголовки, в соответствии с текущим значением, «Эсхатон» использует скользящий средний показатель за последние несколько лет, расчеты которого (согласно рассказчику в романе Уоллеса) требуют использования теоремы о среднем значении.
Если все вышеизложенное не имеет для вас никакого смысла, не волнуйтесь. Дело в том, что ничего из этого не имеет никакого смысла ни для кого.
Теорема о среднем значении относится к «теоремам существования». Она говорит нам о том, что в какой-то момент температура должна достичь среднего дневного показателя. Она не говорит и не может говорить о том, где или когда наступит этот момент. Теорема только указывает на «стог» времени и уверяет нас, что наша иголка находится где-то среди этого бесконечного множества мгновений.
Я несколько раз перечитал примечание Уоллеса, чтобы удостовериться, что он действительно использует теорему о среднем значении для вычислений и что это и вправду не срабатывает. Я даже не пытался обсуждать плохо выбранные статистические данные (а зачем наказывать страны за военные расходы не на ядерное оружие?) или недостоверное объяснение теоремы о среднем значении (автор настаивает, что для вычисления среднего нужны только минимум и максимум). Весь этот абзац напоминает погоню за эффектом на уровне Джуда Ванниски.
Это только усилило мое стремление найти ответ на вопрос: «Зачем, Дэвид Форест Уоллес, зачем?!»
Согласно тому, что писал сам Уоллес, математика – это нить, которая соединяет всю историю его жизни. «В детстве я выдумывал вещи, которые походят на упрощенные версии дихотомий Зенона, – однажды признался он, – и размышлял о них, пока не почувствовал себя буквально больным». Даже его способности к теннису сводились в конечном счете к математике. «Меня награждали как человека с незаурядными способностями к физической культуре, – писал Уоллес, – как чудо-мальчика, повелевающего ветром и жарой… отбивающего “атакующие свечи” с причудливыми и изысканными закрутами». Уоллес вспоминал свой родной город на Среднем Западе (Эрбана, штат Иллинойс) как гигантскую координатную плоскость:
Я вырос среди векторов, прямых и прямых, перпендикулярных прямым, сеток координат и – в масштабе горизонтов – широких кривых линий географической силы… Я мог на глаз вычертить диаграмму областей над и под этими широкими кривыми в том месте, где сходятся земля и небо, задолго до того, как дошел до чего-то формального вроде интегралов или скорости изменения. Математический анализ был буквально детской игрой.
Но, будучи студентом Амхерстского колледжа, он наткнулся на свое первое препятствие в области математики. «Однажды я чуть не провалил основной курс матана, – писал Уоллес, – и с тех пор преисполнился отвращения к традиционному высшему математическому образованию». Об этом он подробно рассказывал следующим образом:
Проблема с уроками математики в колледже, которые… практически полностью состоят из размеренного поглощения и переваривания абстрактной информации… в том, что их лежащая на поверхности неподдельная трудность может одурачить нас и заставить думать, что мы действительно что-то знаем, тогда как все, что мы «знаем» в реальности, – это абстрактные формулы и правила их использования. Во время лекций по математике очень редко говорят, имеет ли данная формула вообще какое-то значение, откуда она взялась или какова цена вопроса.
Я встречал студентов, которые разделяют это раздражение, что заставляет большинство из них искать конкретные примеры. Дэвид Фостер Уоллес остается Дэвидом Фостером Уоллесом, он бросился в противоположном направлении, к самым одурманивающим и абстрактным закоулкам этой науки. «В таких дисциплинах, как математика и метафизика, – разглагольствовал Уоллес, – есть то, что мы считаем одной из самых странных черт сознания среднего человека. Это способность постигать вещи, которые мы, строго говоря, не можем постичь». Как отметил математик Джордан Элленберг, «он влюбился в технику и аналитику».
Став профессиональным писателем, Уоллес продолжал возвращаться к обсуждению вопросов математики. В одном интервью он объяснил, что «Бесконечная шутка» повторяет структуру пользующегося дурной славой фрактала под названием «салфетка Серпинского».
Любовь Дэвида Фостера Уоллеса к математике достигает кульминации в эссе «Нечто и еще больше: компактная история бесконечности» (Everything and More: A Compact History of Infinity). Это насыщенный формулами и графиками труд в его любимой отрасли современной математики – теории бесконечности Кантора.
Если вы не поняли этого из заголовка романа «Бесконечная шутка», то Уоллес восхищался бесконечностью:
Это нечто вроде предела в попытках избежать подлинных ощущений. Возьмите одну-единственную самую распространенную и угнетающую черту этого конкретного мира – а именно, то, что все кончается, уходит и является ограниченным, – а затем абстрактно представьте нечто, не обладающее этой характеристикой.
Я читал «Нечто и еще больше…» сразу после книги Юджинии Чанг «За рамками вечности» (Beyond Infinity), и это привело к забавному наложению. Чанг – математик-исследователь – написала легкую, не отягощенную техническими подробностями научно-популярную книгу, наполненную аналогиями, в дружественной манере. Уоллес – романист – предпочел насадить непроходимые заросли сносок. И воспринимается это намного хуже. «Люди спрашивают, о ком именно думал Уоллес, когда писал, – размышлял философ Давид Папино в обзоре для The New York Times. – Если бы он убрал некоторые детали, пусть бы даже при этом пришлось рассказать меньше, чем он знает, то привлек бы гораздо больше читателей».
В этом как раз фишка Дэвида Фостера Уоллеса: он никогда, абсолютно никогда не рассказывает меньше, чем знает.
Кажется, по большей части Дэвида Фостера Уоллеса привлекали в математике именно те качества, которые отталкивают от нее других, причем, возможно, именно потому, что у других они вызывают неприязнь. «Современная математика, как пирамида, – писал он, – и ее широкое основание часто не вызывает веселья… Возможно, математика – типичный пример того, к чему сперва надо привыкнуть».
Возьмем, скажем, старшую двоюродную сестру теоремы о среднем значении: теорему о промежуточном значении. Мои студенты стараются рассматривать ее как сияющую очевидность, облаченную в одежды математического пустословия. В нормальных выражениях она говорит о том, что если в прошлом году ваш рост был 150 см, а в этом – 156 см, то где-то посередине был момент, когда ваш рост составлял 153 см.
Здесь ничего новенького.
В учебниках эта теорема представлена следующим образом: если функция f является непрерывной для всех значений х, причем а ≤ х ≤ b, а f (a) ≤ k ≤ f (b) или f (b) ≤ k ≤ f (a), то где-то существует некое значение с, такое, что a ≤ c ≤ b, а f (c) = k.
Почему целое цунами символов выражает такую несомненную вещь?
Надо сказать, что в XIX в. – том периоде, который Дэвид Фостер Уоллес рассматривал в «Нечто и еще больше…», – математиков начали занимать новые вопросы, связанные с бесконечностью. Какие суммы стремятся к разумному объяснению? А какие нет? Что мы действительно знаем и как мы это узнали? С педантичной осторожностью сообщество математиков пыталось найти пути перестройки математического анализа, обосновав его не геометрией или интуицией, а арифметическими неравенствами и точными алгебраическими положениями. Именно тогда теоремы о промежуточном значении и среднем значении вошли в моду. Если вы хотите шаг за шагом доказать каждый факт в математическом анализе, то эти теоремы необходимы.
Но неужели это единственно правильная «математика»? Неужели все более ранние поколения ученых от Архимеда и Лю Хуэя до Аньези спотыкаясь двигались к «правильным» представлениям, обладающим аналитической строгостью, как древние язычники в чистилище Данте ждали своего часа до рождения Христа?
Когда Дэвид Фостер Уоллес прославлял математику, он имел в виду один определенный раздел этой науки, появившийся на свет в XIX в. и более близкий к философии (которую Уоллес изучал в колледже), чем к геометрии, комбинаторике и т. д. Этот раздел он называл «пахлавой абстракций исполинских размеров», имея в виду сладкий вкус дерзновенных устремлений, а не его устрашающую бессмысленность для студентов, многих из которых начинает тошнить от одних только ключевых понятий. Но Уоллес щеголяет ими на протяжении всего романа, и единственная возможная цель этого – сбить с толку и произвести впечатление. Мне этот раздел тоже нравился в колледже, но с тех пор я отошел от него, ощущая, что не стал от этого беднее, ведь изысканная эстетика не все, чем может восхищаться математик.
Математика – узор, сотканный из множества нитей: формальных и интуитивных, простых и значительных, мгновенных и вечных. Люби́те ту нить, которая вам нравится. Но не принимайте ее за весь гобелен.
