Чудеса арифметики от Пьера Симона де Ферма

При том объёме знаний, которым располагает сегодняшняя наука, такое беспомощное её состояние кажется чем-то иррациональным и даже немыслимым. Тем не менее, оно пронизывает всю её насквозь и далеко не только проблема ВТФ, а вообще куда ни ткни, везде одно и то же – наука демонстрирует свою несостоятельность настолько часто и в таком множестве вопросов, что их просто не перечесть. Различие только в том, что некоторые из них всё-таки находят своё решение, а вот на ВТФ наука застряла на века. Но в том-то и состоит величие этой проблемы, что она, кроме чисто методологических трудностей указывает и на некоторые аспекты фундаментального характера, имеющие настолько мощный потенциал, что если удастся его раскрыть, то наука станет способна совершить небывалый прорыв в своём развитии.

На этот аспект обратил внимание Ферма, который ещё тогда заметил, что у науки нет корней, поддерживающих её как единое целое. Проще говоря, логические построения, используемые при решении конкретных задач, не имеют прочной опоры, определяющей способ существования каждой отдельной отрасли знаний. Если такой опоры нет, то наука не защищена от появления в ней всякого рода призраков, принимаемых за реальные сущности. Основная, или как её ещё называют, фундаментальная теорема арифметики – яркий тому пример. Казалось бы, чего проще-то, нужно лишь принять в качестве незыблемого положение о том, что числа могут быть либо натуральными, либо производными от них. Всё, что не подчиняется этому правилу, числом быть не может. С учётом того, что арифметика является единственной наукой, без которой не могут обойтись никакие другие науки, можно констатировать, что без ОТА не может обойтись вообще вся наука целиком! Но сама-то она даже не в курсе того, что как раз ОТА до сих пор и остаётся недоказанной. И как вы думаете, почему? … Да потому, что наука попросту не знает, что такое число!!!

Даже на далёких от науки людей этот очевидный факт может произвести просто шокирующее впечатление. Ведь тогда явно напрашивается вопрос: если наука не знает даже этого, то что же она тогда вообще может знать? В этой книге будет дано разъяснение в чём здесь трудность и предложено решение этой проблемы. Это сразу потянет за собой необходимость аксиом и базовых свойств чисел, о которых и раньше было известно, но совсем в ином понимании. После определения понятия числа и аксиоматики потребуется доказательство ОТА, т.к. иначе бóльшую часть всех других теорем будет просто невозможно доказать.

Как видно из этого примера, если даётся основополагающее определение понятия числа, то за этим сразу возникает необходимость построения начальной системы, определяющей границы знаний, в которых она может развиваться. Это как у музыкантов, если есть начальная мелодия, то из неё композитор может создать целостное произведение любых форм и типов, но если такой мелодии нет, то и вообще никакой музыки быть не может. В этом смысле наука представляет собой очень большое и сваленное в одну кучу множество разных мелодий, в которых она сама уже основательно запуталась и завязла.

Но если наука строится в рамках системы, заложенной в неё изначально, то для неё будет непозволительной роскошью ситуация, когда каждая отдельная задача будет решаться только одним найденным специально для неё способом. Такая же проблема имела место и во времена Ферма, но почему-то кроме него никто тогда ею себя не утруждал. Возможно поэтому и задачи, которые он предлагал, выглядели настолько трудными, что было не ясно не только как их решать, но и даже с какой стороны к ним подходить.

Взять хотя бы для примера только одну его задачу, при решении которой великий английский математик Джон Валлис сумел-таки вычислить требуемые числа и даже получить похвалу от самого Ферма, ни одной задачи которого тогда ещё никто не мог решить. Однако Валлис так и не смог доказать, что применённый им метод Евклида будет достаточен во всех случаях. Целое столетие спустя, этой проблемой занялся Леонард Эйлер, но и он тоже не сумел довести её до конца. И только очередной королевский математик Жозеф Лагранж получил наконец-то требуемое доказательство. Даже после всех этих титанических усилий великой королевской троицы почему-то так и осталось без внимания письмо Ферма, где он сообщал, что задача без проблем решается методом спуска, а вот как – никто не знает до сих пор!

Для того чтобы показать, насколько эффективен может быть метод спуска, в данной книге, кроме доказательства ОТА, восстановлено также доказательство этим же методом ещё одной теоремы Ферма о единственном решении уравнения y3=x2+2 в целых числах, которую не могли доказать вплоть до конца XX века, пока Андрé Вейль не смог это сделать, но другим методом и опять того же Ферма. Если бы и задача, предложенная Валлису, была решена методом спуска, то трём величайшим математикам, приближённым к королевским дворам, не пришлось бы столько напрягаться. Однако и тот результат, который им удалось получить, может кануть в лету из-за чрезмерных трудностей его понимания, и тогда вся эта исполинская работа потихоньку минует учебники, как это уже случилось с доказательством Коши Золотой теоремы Ферма, о чём здесь тоже будет рассказано.

Также будет затронута тема, которую из-за кажущейся её чрезвычайной трудности просто как бы не замечали и обходили стороной. Эта тема об особой значимости арифметики для формирования абстрактного мышления, что очевидно имеет исключительное значение не только с точки зрения обучения в сфере образования, но и для понимания сущности такого понятия как разум. Не имея такого понимания, наука, также, как и в истории с мнимыми числами, обречена на множество неудач. В частности, будут тщетными все попытки создания «искусственного интеллекта» небиологического типа, т.к. это невозможно в принципе! В этой книге показано, как поистине гениальная догадка Готфрида Лейбница о том, что мышление есть неосознанный процесс вычислений, оказалась, хотя и верна, но только отчасти, поскольку разум не может существовать как некий отдельный объект или устройство, а есть феномен вселенского масштаба!!! Если мы теперь попробуем резюмировать всё то, что мы здесь упомянули относительно арифметики, то выяснится, что это не только наука наук, но и очень эффективный образец для подражания.

Конечно, в её сегодняшнем состоянии это было бы просто немыслимо, но с учётом того, что изложено в данной книге, такое подражание станет неизбежным и постепенно будет создан некий стандарт, по которому будут строиться вообще все без исключения науки. Совсем не трудно догадаться, что первым пунктом этого стандарта будет определение сущности данной конкретной науки. Ну и конечно все сразу подумают, что уж на такой-то вопрос легче лёгкого найти ответ, хотя бы заглянув в какие-нибудь справочники или энциклопедии.

Ага, как бы не так! Не говоря уже о том, что ответы на этот простейший вопрос почему-то оказываются разные (?), а понять хотя бы что-то из всех них в совокупности вряд ли вообще возможно. Тогда выходит, что специализирующиеся на каких-то науках учёные просто не знают, что они делают? Да нет, конечно. Они также, как и их предшественники, используют терминологию, смысл которой почему-то никто не удосужился определить, и в результате вот такой игры без правил рано или поздно невесть откуда возникают призраки, создающие иллюзию фантастического прогресса.

Ну а как же насчёт образца для подражания? Учитывая то, что в этой книге есть даже не одно, а целых два определения сущности понятия числа, можно на этой основе сформулировать краткое определение сущности арифметики, скажем, так: арифметика – это наука о происхождении чисел и способах вычислений. Тогда из понимания сущности чисел можно построить их аксиоматику и базовые свойства, которые, в свою очередь, выведут на ОТА и другие теоремы, вытекающие из потребностей в вычислениях. Аналогичным способом можно строить и другие знания, начиная с базовых понятий и сущности строящейся на них науки.

Пусть теперь, к примеру, нам нужно использовать арифметику как образец для подражания в целях построения, скажем, физики. Для этого возьмём в качестве основного одно из известных определений этой науки следующим образом: физика – это наука о сущности, свойствах и взаимодействии материальных объектов. Ну вот … Кажется мы наткнулись на непреодолимую стену, ведь определения понятия материи не существует. Вон философы-то сколько бумаги потратили, а толку никакого. Но, как гласит народная мудрость, нечего на других-то пенять, коль у самих рожа кривая. Физики и сами без особых трудностей могут эту проблему решить, ведь за них это всё равно никто другой не сделает.

Они просто примут в качестве аксиомы, что всё материальное обладает такими свойствами, как масса и энергия. Вот так просто вся проблема и решится. Ну а как насчёт определения сущности самих этих свойств? Так ведь это ещё сэр Исаак Ньютон очень хорошо потрудился, да ещё и использовал стиль изложения вместе с подходами аж от самого Евклида! А нам-то теперь, стоя на их плечах, совсем и не трудно будет раскрыть сущность этих понятий, особенно после того, как физики разобрались с единицами измерения. И действительно, в арифметике только подразумевается, что все вычисления должны вестись в соответствующих единицах измерения, а в других науках эти единицы должны быть всегда конкретные.

Например, в информатике используется единица измерения бит, однако и здесь учёные напортачили. Со времён Клода Шеннона считается, что битами измеряется количество информации, но учитывая, что понятие информации никак не определено, выходит, что измеряют неизвестно что. Но на самом-то деле всем это очень даже хорошо известно, что битами измеряют объём памяти носителя информации. А вот как измерять само количество информации – это проблема, от решения которой во многом будет зависеть возможность реализации самого мощного технологического прорыва за всю историю нашей цивилизации!!!

Но ведь технологический прорыв – это из области экономики, а вот как наука она пока является только призраком, хотя бы потому, что использует в качестве единиц измерения одни лишь бессмысленные названия. Экономические кризисы, в отличие от разрушительных бурь, ураганов и смерчей, не имеют никакого естественного происхождения, а являются последствиями деятельности людей, не понимающих того, что они творят, а потому и не способных их предотвращать. В этой книге будет предложен способ решения этих проблем с точки зрения возможностей построения не бутафорских, как сейчас, а настоящих информатики и экономики по образу и подобию арифметики.

Из того, что мы уже рассказали, многие наверняка подумают, что всё это выглядит как-то слишком фантастично, чтобы быть реальностью. Но также все думали и про Ферма. Когда он предлагал кому-то свою задачу, тот рассуждал просто: ну раз Ферма гасконец, значит шутник. В книге Саймона Сингха о ВТФ сообщается якобы Декарт назвал Ферма хвастуном, что и подтверждает это расхожее мнение, однако его точная фраза была: «… в отличие от месье Ферма я не гасконец». Если это наше введение также вызовет недоверие или будет восприниматься как юмор, то это как раз то, что надо, т.к. соответствует духу нашего главного героя.

С другой стороны, все затронутые здесь темы слишком фундаментальные, чтобы их можно было раскрывать в традиционном стиле научных монографий. Тогда получилось бы нечто такое, как, скажем, Британская энциклопедия или полное собрание сочинений Леонарда Эйлера, состоящее из порядка 800 книг, которое за 200 с лишним лет так и не смогли издать целиком хотя бы один раз. Чтобы наши труды совсем уж не пропали, нам пришлось пойти на неординарный шаг, т.е. задействовать для этой книги необычный литературный жанр, названный здесь научный блокбастер – сочетание остросюжетного повествования в стиле художественной прозы вместе с отдельными фрагментами чисто научного содержания.

Как бы не относиться к такого рода новшествам, здесь результат уже налицо: основные темы содержания книги более компактно представлены в 6-ти пунктах раздела «Резюме» и 100 пунктах перечня Приложения IV, составленного из того, что для сегодняшней науки явно будет в новинку. Кроме того, с целью уплотнения основного содержания из него вынесены 172 комментариев, а также добавлены три отдельные миниатюры в виде приложений, которые обычно имеют справочный характер, но здесь они представлены как естественное продолжение основной части книги, без которых она была бы незавершённой.

Сюжет первой миниатюры очень интересен тем, что в доказательстве ОТА немецкого профессора Эрнста Цермело, (ученика аж самого Макса Планка!), от 1912 года имеет место столь малозаметная ошибка, что, узнав об этом, составители учебников будут крайне удивлены. Но не менее удивительно здесь и то, что эта ошибка, по сути, та же самая, что и в идее Герхарда Фрая в «доказательстве» ВТФ Вайлса 1995-го года, только ещё более завуалированная. Вот так, заблуждение, пришедшее в 1993-й год из 1912-го, обернулось просто ужасными последствиями, начисто уничтожившими «решения» сразу двух фундаментальных проблем, которые учёный мир так неосторожно позволил себе признать.

Вторая миниатюра не менее любопытна тем, что в ней подробно изложены два доказательства одного и того же частного случая ВТФ для n=4, сначала Леонарда Эйлера, а затем Пьера Ферма в реконструкции Башмаковой И.Г. Оба доказательства как братья-близнецы строятся на тождестве пифагорейцев и в обоих применён метод спуска. Различаются они только хитросплетениями логики вывода на один и тот же конечный результат. Эти хитросплетения, хотя и разные, но довольно сложны, что указывает на высочайшее мастерство их авторов. А вот финиш этой миниатюры просто потрясающий. Оказывается, это доказательство может быть получено из того же тождества пифагорейцев буквально в одну строчку (!!!), и эта самая строчка есть как раз в восстановленной нами записи ВТФ на полях книги, показанной на рис. 5.

В дополнение к изложенному здесь доказательству Эйлера частного случая ВТФ добавлен также полный текст всех доказательств Эйлера, относящихся к грандиозному открытию Ферма поистине изумительных свойств простых чисел типа 4n+1. Эта работа потребовала от Эйлера предельного напряжения всех его творческих и физических сил в течение семи лет, однако самое главное доказательство того, что эти числа всегда состоят из суммы двух единственных квадратов, изложено им так, что вряд ли кто-нибудь, кроме него самого, понимает его суть. Из письма Эйлера к Гольдбаху с этим доказательством сначала вообще никто ничего не понял, а после полученной Гольдбахом исправленной версии в другом письме все эксперты молчаливо признали его доказательство, хотя оно само далеко не очевидно, а о том, что числа этого типа должны быть сумма двух единственных квадратов, вообще нет ни единого слова.

Наконец, третья миниатюра – это путешествие в прошлое. Там-то будет немало всего удивительного и даже шокирующего, но здесь мы обратим внимание только на один момент – это особым образом изложенное никому не известное до сих пор доказательство Ферма его самого грандиозного открытия в области простых чисел, причём в изумительно красивой форме. Рассказ об этом устами его сына Клемана Самюэля с вишенкой на торте в виде эффектного уравнения произведут настолько же красочное впечатление, как от красоты естественной природы.

Избранный нами способ облачения в словесную форму содержания этой книги, хотя и требует от автора безмерного напряжения всех сил, всё-таки даёт результат, при котором совсем небольшой объём книги несёт в себе знания тысяч научных монографий! Не исключено, что такой прецедент будет первым и последним, и в этом смысле традиционным научным монографиям он не конкурент. Однако, по сути, это лишь следование простому совету классика выбирать стиль изложения, где словам было бы тесно, а мыслям просторно.

Обычным техническим языком такого эффекта не достичь, и для этого требуется высший уровень словесности, доступный лишь избранным, например, таким, как Александр Дюма-отец. В одной из своих книг Дюма утверждал даже, что писатели лучше понимают историю, чем историки. При этом он привирал так лихо и безбожно, что историкам оставалось только ухмыляться. Тем не менее, в итоге прав оказался Дюма, т.к. львиная доля истории, изложенной в толстых книгах, в реальности не происходила, а была просто придумана, и этому факту также нашлось место в этой книжке.

Одной из особенностей нашего литературного творчества является обязательное присутствие в нём загадок, которые анонсируются, но не раскрываются. В данной книге таких загадок аж целых 15, и они помечены (*) в Приложении IV п.п. 18, 19, 26, 27, 39, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47,48, 69, 74. Вопросы и проблемы акцентируются лишь на ключевых моментах, имеющих принципиальное значение. Когда же такой момент истины наступает, то может создаться впечатление или даже недоумение от того, что наука столетиями не замечала таких простых вещей. Но в этом-то и кроется сила настоящей науки, поскольку Всевышний в своих творениях всегда следует только путями с самыми короткими и простыми решениями.

В реальной жизни часто место действительных знаний занимают ложные. За этим кроется очень много опасностей и ненужных проблем. Однако они обойдут стороной тех, кто сумеет понять эту книгу. Тем же, у кого-то это не получится, лучше всего обратиться за помощью к детям, и тогда они будут просто поражены их способностям проникать в такие уголки непознанного, которые большинству людей совершенно недоступны. Но сами-то дети и не догадываются, что в их возрасте все люди волшебники, для которых нет непреодолимых препятствий. Вспомните хотя бы трёхлетнего Гаусса, сделавшего точные расчёты своему отцу трубопроводчику. Так ведь другие-то тоже так могут, но просто не знают об этом!

В данной книге названо много самых разных имён, волею Провидения или случая творивших историю. И только потому, что они обратили на себя особое внимание, они заслуживают всяческого уважения, независимо от того, в каких обстоятельствах и как они себя проявили, поскольку иначе и тех событий, из которых образован сюжет нашего повествования, просто бы не было.

Из того, что мы уже успели рассказать здесь о науке, она будет выглядеть совсем непривлекательно. Более того, она будет представляться как источник вообще всех бед и, как это ни печально, в этом как раз и заключается суровая правда. Но если вопрос о месте науки в обществе не ставить и никак не прояснять, то катастрофа, идущая якобы от учёных, и вовсе станет неизбежной и тогда само существование нашего чудесного мира потеряет всякий смысл. Это не какое-то грозное предупреждение или апокалиптическое пророчество, а всего лишь констатация прописной истины о том, что наука – это единственная (!!!) область деятельности людей, которая предопределяет все другие их разновидности!

Таким образом, в разумном обществе высший приоритет науки должен быть обеспечен и поддерживаться всеми доступными средствами, иначе оно получит только глобальное противостояние неучей, балансирующее на шаткой грани взаимного уничтожения. А что же мы имеем сейчас? Да то, что управление обществом идёт не в соответствии с объективными законами окружающего мира, а через вопиющую некомпетентность, безответственность, мздоимство, авантюризм, и т.п. Где ж тут наука-то? Её и близко нигде не видно. Если даже обобранная ростовщиками до нитки прикладная наука ещё кое как может цепляться за своё существование, то для фундаментальной науки уже давным-давно никаких перспектив нет вообще.

Но может быть учёным и самим нужно что-то предлагать, чтобы плоды их труда по достоинству оценили? Ха-ха-ха! Вон Григорий Перельман без всяких условий опубликовал в свободном доступе доказательство гипотезы Пуанкаре, которое кроме него более сотни лет никто из учёных не мог получить. Однако вместо, (уже предложенной ему!), премии в 1млн. US$, он не получил ничего. В прессу сообщили, что якобы он сам отказался под вымышленным предлогом, а все почему-то подумали, что он просто чудак. Но на самом деле он и не думал отказываться, видимо наивно полагая, что премию он вполне заслужил.

Однако он не учёл, что в обществе, в котором на ведущих позициях не учёные, а ростовщики и мздоимцы, научные открытия, не дающие немедленной отдачи деньгами, и задаром никому не нужны. А премии действительно они предлагают, но не за научные открытия, а за известное имя, которое можно будет эксплуатировать в своих интересах. И всё же Перельман в этой истории вывел инициаторов премии на чистую воду после того, как предложил разделить премию с другим учёным, имеющим отношение к его научному открытию, и тогда стало очевидно, что на самом деле отказ шёл вовсе не от него, а от мнимых благодетелей.

По части определения ценности научных открытий просто не может быть никаких иллюзий насчёт того, что в действительности они никому не нужны. В погибающем на глазах мире ростовщичества, воровства, наживы, спекуляций и т.п., отношение к науке может быть только вот такое, как оно есть. Можно не сомневаться, что и премия за доказательство гипотезы Эндрю Биэла также не будет выплачена по своему назначению. Не верите? Ну что же, это же очень легко проверить!

В данной книжке есть примеры таких расчётов, которые не оставляют места сомнениям в том, что их было бы невозможно выполнить, не владея сутью… нет не гипотезы, а ещё гораздо более сильного утверждения, названного здесь «Теорема Биэла»! Если цель премии Биэла действительно получить это впечатляющее научное открытие, то для этого оргкомитету в лице «Американского математического общества» проще всего не рассчитывать на благосклонность математических изданий, а запросить его напрямую от автора этой книжки.

Этот путь был бы явно проще и лучше, поскольку доказательство гипотезы Биэла слишком элементарное и не столь значимое для науки, как доказательство теоремы Биэла, которое было бы гораздо более полезным, продуктивным и впечатляющим с тем же конечным результатом, который требуется в условиях Премии Биэла. В этом случае риск публикации очередного фейка будет исключён, а если ничего не делать в решении этой проблемы, то инициатор премии мистер Андрю Биэл может так и не дождаться достижения своей цели. Кроме того, надо учитывать, что экспертная оценка доказательства гипотезы Биэла вовсе не требует соблюдения таких явно чрезмерных предосторожностей, потому что эта задача для детей из средней школы. Того, что изложено в этой книжке более чем достаточно, чтобы убедиться, что для автора эта задача не представляет никаких трудностей.

В этом смысле очень даже любопытно как наука отреагирует на появление здесь доказательства ВТФ, выполненного самим Ферма! И это в условиях, когда как корова языком слизнула уже целых 18 (!!!) самых престижных премий за явно ошибочное доказательство 1995 года! Конечно, от ошибок никто не застрахован, и мы покажем здесь, как совершали самые элементарные промахи такие столпы науки, как Евклид и Гаусс при доказательстве основной теоремы арифметики, а также Эйлер, благословивший использование в алгебре «комплексных чисел», которые и числами-то не являются из-за того, что не подчиняются этой самой основной тереме. Но Эйлер об этом ещё не знал, а вот его последователи это знают отлично уже вторую сотню лет, и никто даже палец о палец не ударил, чтобы исправить эту ошибку.

Что же касается никому не нужных научных открытий, то многие просто не в курсе, что они могут спокойно жить и потреблять все необходимые им жизненные ресурсы только до тех пор, пока накопленный в обществе ресурс знаний для данного уровня его развития не будет подходить к исчерпанию. А после этого, чтобы удержать достигнутое, более сильные страны будут нападать на более слабые и жить за счёт их грабежа. Но этого вообще бы не понадобилось, если бы у этих «сильных» стран было достаточно знаний. Тогда бы и не пришлось им конфликтовать со всем остальным миром, поскольку все необходимые ресурсы в избытке обеспечивались бы наукой.

Мы же на этом наше введение будем завершать, но придадим ему такой тайный импульс, который позволит нам совершить настоящее чудо! … нет даже целых два!!! Эти чудеса мы можем назвать здесь своими именами. Ведь наши вечные оппоненты, из-за полного отсутствия у них настоящей науки на такое просто неспособны.

В итоге они узнают о реализации именно в России самого грандиозного технологического прорыва за всю историю нашей цивилизации с безграничным потенциалом эффективности развития на необозримое будущее. Пресловутые «долины», «технопарки», «инкубаторы» и им подобные мнимы для таких прорывов непригодны в принципе. А ещё раньше, свершится другое чудо, когда Россия буквально за пару месяцев на обломках обрушающейся уже сегодня мировой ростовщической финансовой системы создаст новую, в которой никакие международные деньги, станут не нужны, а все страны будут использовать в международной торговле только свои национальные валюты. Опять не верите? Ну так убедитесь сами, книга-то у вас в руках!

1. Величайший феномен науки