Апостолос Доксиадис - Дядюшка Петрос и проблема Гольдбаха
– Дядя, какой ты предлагаешь уговор?
Он задумался, будто в поисках формулировки, а потом сказал:
– Я не хочу видеть, как ты пойдешь по пути, ведущему к поражению и несчастливой жизни. И потому я предлагаю тебе связать себя обещанием: стать математиком в том и только в том случае, если ты в высшей степени одарен. Ты согласен?
Я смешался:
– Дядя, но как же я это определю?
– Ты – никак, – ответил дядя Петрос с лукавой улыбочкой. – Это сделаю я.
– Ты?
– Да. Я поставлю тебе задачу, которую ты попытаешься дома решить. По результату твоих трудов, удачному или неудачному, я смогу с большой точностью оценить твой математический потенциал.
Предложенная сделка вызвала у меня противоречивые чувства: я терпеть не мог контрольных, но обожал задачки, над которыми приходится поломать голову.
– Сколько у меня будет времени? – спросил я.
Дядя Петрос полуприкрыл глаза, рассчитывая.
– М-м-м… Скажем, до начала учебного года, до первого октября. Это почти три месяца.
Я тогда настолько ничего не понимал, что считал, будто за три месяца можно решить не одну, а вообще сколько угодно задач.
– Ого сколько!
– Да, но задача будет трудная, – напомнил дядя. – Такая, что не каждый может ее решить. Но если в тебе есть то, что надо, чтобы быть великим математиком, ты справишься. Конечно, ты дашь слово ни у кого не просить помощи и не искать решения ни в каких книгах.
– Даю слово, – сказал я.
Он посмотрел на меня пристально:
– Значит ли это, что ты согласен на уговор?
Я глубоко вздохнул:
– Согласен.
Не говоря больше ни слова, дядя Петрос ненадолго исчез и вернулся с карандашом и бумагой. Манера его поведения изменилась, сделалась профессиональной – математик говорит с математиком.
– Задача вот какая… Я полагаю, ты уже знаешь, что такое простое число?
– А как же, дядя Петрос! Простое – это такое целое число большее единицы, у которого нет делителей, кроме его самого и единицы. Например, 2, 3,5,7, 11, 13 и так далее.
Ему понравилась точность моего определения.
– Чудесно! Теперь скажи мне, пожалуйста, сколько существует простых чисел?
Я свалился с приятных высот.
– Как это – сколько?
– Сколько их? Вас этому в школе не учат?
– Нет.
Дядя глубоко вздохнул, разочарованный уровнем математического образования в современной Греции.
– Ладно, я тебе это расскажу, потому что тебе это понадобится. Множество простых чисел бесконечно – факт, доказанный Евклидом в третьем веке до нашей эры. Его доказательство – жемчужина красоты и простоты. Используя метод reductioadabsurdum [3], он сперва предполагает обратное тому, что хочет доказать, а именно, что множество простых чисел конечно. Далее…
Несколько энергичных движений карандаша по бумаге, скупые пояснительные слова – так дядя Петрос изложил мне доказательство нашего мудрого предка, одновременно дав первый в моей жизни образец настоящей математики.
– …что, однако, противоречит нашему исходному допущению, – заключил он. – Предположение конечности привело к противоречию, ergo [4], множество простых чисел бесконечно. Quoderatdemonstrandum [5]**.
– Дядя, это просто фантастика! – воскликнул я, восхищенный остроумием доказательства. – Это так просто!
– Да, просто, – вздохнул он, – но никто до Евклида этого не придумал. Вот тебе и мораль: некоторые вещи кажутся простыми только тогда, когда они уже сделаны.
Но у меня не было настроения философствовать.
– Давай теперь, дядя, сформулируй задачу, которую я должен решить!
Он сперва записал ее на листе бумаги, а потом прочел мне вслух.
– Я хочу, чтобы ты попытался доказать, что любое четное число, большее 2, является суммой двух простых чисел.
Я минутку подумал, лихорадочно молясь, чтобы на меня тут же снизошло озарение. Поскольку этого не случилось, я спросил:
– И это все?
Дядя Петрос предостерегающе помахал пальцем в воздухе.
– Э, задача не так уж проста! В каждом частном случае, который можно рассмотреть, например, 4 = 2 + 2, 6 = 3 + 3, 8 = 5 + 3, 10 = 3 + 7, 12 = 7 + 5, 14 = 7 + 7 и т.д. – это очевидно, хотя чем больше число, тем больше приходится вычислять. Но поскольку четных чисел – бесконечное множество, перебирать их по одному невозможно. Ты должен найти общее доказательство этого факта, и я боюсь, это окажется труднее, чем ты думаешь.
Я встал:
– Трудно или нетрудно, а я это сделаю! И собираюсь начать прямо сейчас.
Я уже шел к воротам, когда он окликнул меня из кухни:
– Эй, ты лист с задачей не возьмешь?
Дул холодный ветер, от влажной земли поднимался аромат. Никогда в жизни – ни до, ни после этого краткого мига – не чувствовал я себя таким счастливым, таким исполненным надежд, предвкушений и радостного ожидания.
– Он мне не нужен, дядя, – отозвался я. – Отлично все помню: «Каждое четное число, большее 2, является суммой двух простых чисел». Первого октября покажу тебе решение!
Его суровое напоминание настигло меня на улице:
– Не забудь наш уговор! Только если ты решишь задачу, можешь становиться математиком!
Меня в этот год ждало трудное лето.
К счастью, родители всегда отправляли меня на жаркие месяцы – июль и август – в Пилос, к дяде со стороны матери. Это значило, что я, будучи вне досягаемости отца, хотя бы не имел дополнительной проблемы (будто мне не хватало той, что поставил дядя Петрос) – вести работу втайне. Приехав в Пилос, я сразу разложил бумаги на столе в столовой (летом мы всегда обедали на улице) и сообщил кузенам, что до дальнейших извещений прошу не приставать ко мне с глупостями вроде плавания, игр или походов в летний кинотеатр. Я трудился над задачей с утра до ночи почти без перерывов.
Моя тетя, добрая женщина, добродушно причитала:
– Милый мальчик, ты слишком много работаешь. Сейчас ведь каникулы, отложи хоть ненадолго книги. Ты же отдыхать приехал.
Но я твердо решил не отдыхать до окончательной победы. Я сидел за столом, не разгибая спины, и исписывал лист за листом, подходя к задачке то так, то этак. Иногда, усталый настолько, что абстрактно-дедуктивные рассуждения мне больше не давались, я начинал проверять конкретные числа на случай, если дядя Петрос поставил мне ловушку, попросив доказать утверждение заведомо неверное. После бесконечных делений я сделал таблицу нескольких сотен первых простых чисел (примитивное самодельное решето Эратосфена [6]) и складывал их по всем возможным парам, проверяя, работает ли принцип. Напрасно я искал в этих рамках четное число, для которого не выполнялось бы утверждение задачи: все как один выражались в виде суммы двух простых.
Где-то в середине августа, после многих вечеров работы и бесчисленных чашечек кофе по-гречески, я на несколько счастливых часов решил, что вот оно, найденное доказательство! Заполнив своими рассуждениями несколько страниц, я отправил их заказным письмом дяде Петросу.
Не успел я насладиться своим триумфом и двух дней, как почтальон принес мне телеграмму:
ЕДИНСТВЕННОЕ ЧТО ТЫ ДОКАЗАЛ ЭТО ТО ЧТО ЛЮБОЕ ЧЕТНОЕ ЧИСЛО ПРЕДСТАВЛЯЕТСЯ В ВИДЕ СУММЫ ПРОСТОГО И НЕЧЕТНОГО ЧТО ТРИВИАЛЬНО ТЧК
Неделю я приходил в себя после первого провала и удара по самолюбию. Но все же оправился и начал работу заново, на этот раз используя reductioadabsurdum:
«Допустим, что существует такое четное число n, которое не может быть представлено в виде суммы двух простых. Тогда…»
Чем больше работал я над задачей, тем очевиднее для меня становилось: это утверждение выражает некую фундаментальную истину о натуральных числах, materiaprima [7]математической вселенной. Вскоре я подошел к вопросу о том, как распределены простые числа среди других натуральных, а также о процедуре, которая позволит по данному простому числу найти следующее. Я знал, что эта информация, окажись она в моих руках, была бы крайне полезна в моем поиске, и раза два или три у меня было искушение поискать ее в книгах. Но я, верный своему обязательству работать без посторонней помощи, этого не сделал.
Дядя Петрос, продемонстрировав доказательство Евклида бесконечности множества простых чисел, сказал, что дал мне единственно необходимый для моей работы инструмент. И все же я не мог продвинуться вперед.
К концу сентября, за несколько дней до начала моего последнего в школе учебного года, я снова оказался в Экали, мрачный и сломленный. Поскольку телефона у дяди Петроса не было, мне предстояло сообщить ему весть лицом к лицу.
