«Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора»

Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора (fb2) - Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора (пер. Издательство «Де Агостини») 4420K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Маркос Хаэн Санчес

Marcos Jaen Sanchez Наука. Величайшие теории: выпуск 27: Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора

Пер. с итал. — М.: Де Агостини, 2015. — 168 с.

ISSN 2409-0069

© Marcos Jaen Sanchez, 2012 (текст)

© RBA Collecionables S.A., 2012

© ООО «Де Агостини», 2014-2015

Иллюстрации предоставлены:

Album, Age Fotostock, Index, Scala; Joan Pejoan.

Еженедельное издание

Введение

Исследования, посвященные Пифагору, всегда балансируют на грани восхищения к нему и недоверия. Долгие века философия, классическая филология и история науки, желая сохранить неприкосновенным взгляд на Древнюю Грецию как на источник современной логической мысли, исключали из рассмотрения некоторые аспекты греческого мира, которые не укладывались в общую картину. Тем не менее свидетельства, противоречащие цельному и гармоничному образу классической Греции, существовали еще с античных времен и время от времени стыдливо появлялись в трудах некоторых авторов. Постепенно этот альтернативный взгляд стал пробивать себе дорогу, и сегодня можно представить гораздо более сложную картину интеллектуального пространства, в котором жили древние греки. Античная мысль складывалась из элементов, включавших мистицизм и религию — комбинация, которую трудно представить обладателю современной ментальности, опирающейся на позитивистскую традицию Просвещения. Пифагор Самосский — это, без сомнения, самый наглядный пример такого сложного сплава. Долгое время его личность воспринималась исключительно в свете его математического гения, и при более детальном изучении мыслителя интересующийся попадал в запутанный лабиринт, детали которого скрывались во мраке. Таким образом, наилучший способ приблизиться к пониманию нашего персонажа — это учесть все стороны его личности неразделимо: Пифагор — маг и математик, человек одновременно рациональный и иррациональный.

Деятельность мудреца с Самоса неотделима от греческой религии. Наиболее популярное представление о ней ограничивается сведениями о пантеоне богов, наполнивших собой западноевропейское изобразительное искусство и литературу. На самом деле олимпийские боги — это лишь верхний слой, под которым лежит более древний, хтонический мир мистерий. С архаической эпохи греки контактировали с фракийцами и скифами, оказавшими на них сильное влияние. Именно в этой среде появился Пифагор и оставил след человека религиозного и в то же время вовлеченного в научную жизнь греческого мира. Эта двойственность Пифагора — лучший пример того, что невозможно отделить истоки философии (ошибочно считается, что и само это слово было придумано Пифагором) от греческой религии. Для греков интеллектуальное вдохновение было чем-то божественным. Поэты и мудрецы Древней Греции были так же близки к Олимпу, как пророки и жрецы. Пифагора причисляли к богам, и в самом деле ему первому из известных нам людей удалось собрать вокруг себя адептов, разделяющих его доктрину.

Вопреки некоторым скептическим голосам, в самом существовании Пифагора никаких сомнений нет. Он жил приблизительно между 570 и 490 годами до н. э., и мы вполне можем считать достоверными некоторые сведения о его жизни. Существуют достаточные доказательства того, что мудрец занялся публичной деятельностью в возрасте около 40 лет, когда ему пришлось покинуть Самос (остров в Эгейском море недалеко от Малой Азии), чтобы избежать гнева тирана[1 Применительно к Древней Греции слово «тиран* не несет негативной окраски. Тираном называли любого человека, достигшего монархической власти нединастическим путем, то есть не получившего ее в наследство.] Поликрата. Около 530 года до н. э. он поселился в греческой колонии Кротоне в Великой Греции[2 Великой Грецией называлось колонизированное греками побережье Южной Италии.], где основал религиозную секту и стал вести активную политическую деятельность, причем свое влияние ему удалось распространить на весь юг Апеннин. И напротив, когда речь заходит о конкретных данных о его жизни — рождение, путешествия, образование, — все подобные сведения сразу превращаются в легенду, составленную из мистических элементов, характерных для мира и времени Пифагора. Очень сложно восстановить сколько-нибудь точно — то есть так, как привыкли мы, — и детали его учения, античного «пифагореизма», однако, несмотря на различные наслоения, слава Пифагора как ученого останется вечной. Некоторые исследователи считают его основоположником таких дисциплин, как математика, астрономия, политология и философия. Ему приписывается множество открытий в самых разных областях, его представляют чуть ли не изобретателем всех наук, так что само имя Пифагора стало символом науки и прогресса. Мы можем встретить следы его деятельности также в музыке, риторике, практике прорицания, медицине и религии.

Пифагор приобрел свой авторитет в философии и науке во многом благодаря Платону и Аристотелю: именно из-за них он получил неизмеримое влияние, сохранившееся на протяжении всей истории человеческой мысли. Философское и научное наследие Пифагора более всего выражается в двух великих идеях — бессмертии души и познаваемости Вселенной с помощью чисел и пропорций. Все источники говорят о том, что первую идею мы смело можем приписать самому Пифагору, в то время как вторая, видимо, относится к более позднему времени и разработана двумя наиболее известными пифагорейцами, Филолаем и Архитом, хотя вполне возможно, что они позаимствовали ее ядро из ранних времен пифагореизма, так что оба принципа восходят к самому основоположнику этого учения.

Для Пифагора созерцание (термин первоначально мистический) — это умственная деятельность, выливающаяся в абстрактную и чистую мысль, известную нам сегодня под названием «математика», на которой основывалось его богословское, этическое и философское учение. Если такое сочетание кому-то кажется странным, напомним, что большинство современных научных дисциплин первоначально были тесно связаны с системами верований, ныне считающихся предрассудками. К примеру, астрономия была когда-то неотделима от астрологии, химия — от алхимии. Поначалу математическое знание казалось областью надежной, точной и применимой к реальной жизни, а кроме того, оно достигалось исключительно размышлением, без необходимости каких-либо наблюдений или опытов. Таким образом, пифагорейцы считали, что математика представляет собой идеал, который намного опережает эмпирическое знание. Предполагалось, что разум должен главенствовать над чувствами так же, как размышление — над наблюдением. Изыскивались разнообразные методы, позволявшие приблизиться к математическому идеалу, несмотря на то что многие заключения, полученные таким образом, были ошибочны как в метафизическом смысле, так и с точки зрения теории познания.

Пифагор открыл значение чисел. Ему приписывают максиму «Всё есть число». Свойства чисел, особенно в их комбинациях, изумляли пифагорейцев настолько, что, в конце концов, они большую часть своей научной активности посвятили изысканиям в области аналогий между числами и вещами. Формулы вроде 1+3 + 5 +...+ (2n - 1) = n2, которая показывает, что квадрат числа может быть представлен суммой последовательных нечетных чисел, казались грекам проявлением божественного начала. Пифагорейцы посвятили себя классификации чисел, сложным образом деля их и придавая им этический смысл.

Мудрец с Самоса представлял числа некими фигурами, в виде которых, например, они обозначены на игральных костях или картах. В пифагорейских идеях можно встретить числа продолговатые, треугольные, пирамидальные и множество других типов, о которых мы поговорим в следующих главах. Речь тут идет о конфигурации камушков, которые использовали для обозначения того или иного числа и которые выкладывались в виде той или иной фигуры. Вероятно, Пифагор верил, что мир складывается из частиц, подобных тем, которые чуть позже назовут атомами, и что все тела гармонически сложены из этих элементов. Таким образом, арифметика становилась основой и отправным пунктом для физики и эстетики.

Числовые принципы составили фундамент, на котором Пифагор строил свою философию — философию цельную, завершенную и универсальную, использовавшую принцип музыкальной и математической гармонии, чтобы заставить весь мир, включая звезды, танцевать под звуки математической музыки. В космологии самосца (которая во многом базировалась на идеях Анаксимандра из Милета, жившего веком раньше) все небесные тела расположены вокруг так называемого центрального огня на расстояниях, соответствующих музыкальной октаве. Поэтому движение этих тел по круговым орбитам производит музыку — гармонию сфер. Эта музыка не воспринимается человеческим слухом, но, согласно легенде, сам Пифагор мог ее слышать. Отголоски связи, установленной между музыкой и арифметикой, можно найти в современных математических терминах «среднее гармоническое» и «гармоническая прогрессия».

Возможно, самое значительное открытие Пифагора или его ближайших учеников — это знаменитая геометрическая теорема, носящая его имя. Традиция приписывает ее авторство Пифагору, хотя к ее формулировке и доказательству пришли разные культуры независимо друг от друга. Теорема Пифагора касается прямоугольных треугольников и гласит, что сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы. Уже древние египтяне знали, что треугольник с соотношением сторон 3:4:5 будет прямоугольным, но только греки заметили, что З2 + 42 = 52 и, развив эту идею, первыми нашли доказательство общего принципа.

К несчастью для пифагорейцев, эта теорема привела к открытию чисел, которые ускорили закат их философии. Представим себе прямоугольный равнобедренный треугольник с катетами, равными 1. Согласно теореме, длина гипотенузы будет √2 — число, которое невозможно представить в виде натуральной дроби. Это значит, что не существует простого арифметического действия, позволяющего узнать, во сколько раз гипотенуза больше катета. Говорят, что катет и гипотенуза в этом случае несоизмеримы, а значит, они несовместимы со Вселенной числовой гармонии, образ которой видел перед собой Пифагор, ведь в ней числа всегда находятся в точных и измеримых соотношениях. Этот факт убедил греческих математиков, что геометрия должна рассматриваться отдельно от арифметики.

Сочетание магии и математики, вышедшее на сцену вместе с Пифагором, было свойственно философии и религии Древней Греции, Средних веков и Нового времени вплоть до Канта. Глядя на св. Августина, Фому Аквинского, Декарта, Спинозу и Лейбница, мы найдем у них ту же тесную связь между религией и интеллектом, между моральными принципами и удивлением разума перед вечностью, которая восходит к Пифагору и которая отличает рациональную теологию Запада от восточного мистицизма. Поэтому стоит рассмотреть самосского мудреца именно с этого ракурса, поместив его фигуру на границу между философией, наукой, религией и мифом. Ведь то, что долгое время считалось несочетающимся, сегодня проливает свет на личность Пифагора, а понять нашего персонажа во всей его сложности необходимо для того, чтобы правильно понимать переломный для истории человеческой мысли момент — эпоху самого ее зарождения.

Чтение этой книги поможет не только принять двойственность и сложность, о которых шла речь, но и узнать, что подобный подход, который кажется исключительно современным, на самом деле таковым не является: напротив, он был присущ человечеству с давних времен.

570 до н. э. На острове Самос (Иония) рождается Пифагор. Ксенофан Колофонский основывает в Элее (на Юге Апеннинского п-ова) свою философскую школу.

550 до н. э. Приблизительная дата начала странствий Пифагора в поисках мудрости, которые, по преданию, длились десять лет.

540 дон.э. Некоторые источники утверждают, что в это время Пифагор основал на Самосе небольшую школу, которая называлась «Полукругом», чтобы поделиться с учениками тем, что он узнал в странствиях.

535 дон.э. Поликрат получает монархическую власть над Самосом.

530 до н. э. Пифагор покидает родной остров, чтобы поселиться в греческой колонии Кротоне в Великой Греции. Пифагорейцы расширяют свое влияние в Южной Италии, основав свои сообщества в различных городах. Роль кротонской общины заключается в политической власти, которой она добилась в этом городе.

510 до н. э. Кротон проигрывает войну с Сибарисом, своим соперником. В городе вспыхивает мятеж против пифагорейцев, что заканчивается уничтожением братства.

490 до н. э. Возможная дата смерти Пифагора в городе Метапонте, недалеко от Кротона, куда он бежал после кротонского мятежа.

470 дон.э. Рождение Филолая Кротонского, который реорганизовал пифагорейское учение. По свидетельствам, Филолай написал три книги, использованные затем Платоном.

435 до н. э. Рождение Архита Тарентского, ученика Филолая и друга Платона, который придал пифагореизму строгое научное направление.

427 до н. э. В Афинах рождается Платон.

420 до н. э. Не позже этой даты пифагорейцы (возможно, Гиппас из Метапонта) открывают существование иррациональных чисел.

387 до н. э. Платон основывает Академию. В своих трудах он заимствует и переосмысливает основные идеи пифагореизма.

384 до н. э. Рождение Аристотеля, который подвергнет критике доктрину пифагореизма в пятой главе «Метафизики».

300 до н. э. Рождение Евклида Александрийского, который систематизирует основы греческой геометрии в своем фундаментальном для развития математики и науки труде «Начала».

ГЛАВА 1 Правда и миф о Пифагоре

Исторический взгляд на личность Пифагора затруднен многочисленными мифами, сложившимися вокруг этой фигуры. Отсутствие точной информации о жизни мыслителя связано, видимо, с тайной, которая окружала сообщество его последователей, — эту пустоту традиция поспешила наполнить литературными выдумками, создав весьма привлекательный, но неясный и загадочный портрет. Несмотря на это у нас есть некоторые точные сведения, которые позволяют из легенд воссоздать образ самосского философа-жреца.

Пифагор Самосский запечатлен в общественном сознании как отец наиболее точной из наук — математики, а также огромного числа других дисциплин: музыки, медицины, астрономии, геометрии и, наконец, не только философии, но даже и слова, которое обозначает эту науку. Однако его биография, а точнее, множество биографий, дошедших до нас и слитых в традиционный корпус сведений об этом персонаже, полны таинственных деталей.

Элементы, которые составляют легенду о Пифагоре, типичны для определенной категории мифов — для мифов о божественном мудреце, — и большую часть из них можно найти в биографиях других философов-досократиков, таких как Парменид Элейский (ок. 540-470 до н. э.) или Эмпедокл из Акраганта (ок. 495-425 до н. э.). Однако пифагорейская традиция добавляет к этому и другие, новые уровни, делая Пифагора прототипом мудреца — зачинателя всех областей человеческого знания.

Пифагор жил приблизительно между 570 и 490 годами до н.э., и география его жизни охватывает самые крайние точки греческого мира в те времена: остров Самос у побережья Малой Азии и город Кротон на юге Италии. Надо отметить, что эти же пункты фигурируют в биографиях других мыслителей той эпохи, по крайней мере тех, о чьей жизни известно больше всего. Самос располагается близко к Милету, центру ионийской[1 Иония — западное побережье п-ова Малая Азия.] школы, основателями которой были Фалес (ок. 624-546 до н. э.) и Анаксимандр (ок. 610-546 до н. э.), а Южная Италия — место расцвета элейской школы Парменида и Эмпедокла. Эти четыре мыслителя из двух географических регионов оказали огромное влияние на развитие ранней греческой философии.

На карте показаны Афины, Милет и основные города, связанные с жизнью Пифагора: Самос, где он родился; Кротон, где провел самую активную часть своей жизни; Метапонт, в котором, согласно традиции, он умер.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ВОСПИТАНИЕ

Согласно традиции, отцом Пифагора был состоятельный человек по имени Мнесарх, возможно, самосский купец, корни нашего героя по материнской линии восходили к полумифическому основателю колонии Анкею. Самос был торговым соперником Милета, и его купцов можно было встретить по всему Средиземноморью, вплоть до района Тартесса, известного своей горной добычей. Правил Самосом тиран Поликрат (ок. 570-522 до н.э.), который между 535 и 515 годами до н.э. обладал на острове единоличной и безраздельной властью. Легенды сопровождают Пифагора с самого рождения — ему приписывают божественное происхождение. Так, распространены истории о том, что его мать Пифаида зачала ребенка от Аполлона, так что Мнесарх был лишь его приемным отцом, и что рождение этого удивительного ребенка было предсказано дельфийским оракулом. Эта легенда призвана объяснить происхождение имени мудреца: Пифагор означает «возвещенный Аполлоном», так как это имя образовано от слов Pythios («Пифийский», один из культовых эпитетов Аполлона[2 Слово происходит от имени побежденного Аполлоном дракона — Пифон.]) и agoreuo («говорить»). Божественное происхождение — один из главных элементов героического архетипа, как в случае Геракла или Тезея. Детство Пифагора также отмечено многочисленными чудесными знамениями.

Его юность и воспитание — предмет ожесточенных дискуссий даже в наиболее традиционных источниках. Так как любому герою нужен наставник, жизнеописатели самосского мудреца приводят в качестве его учителей внушительный список великих имен и дополняют сведения о его образовании еще одним обязательным элементом для такого мистического персонажа — путешествиями в экзотические страны, колыбели всех областей знания. Нет никаких доказательств знакомства Пифагора с его предполагаемыми учителями, как и странствий, которые ему приписывают, однако эта информация помогает нам определить, откуда происходят идеи, которые впоследствии были приписаны Пифагору.

Среди его предполагаемых наставников можно встретить имена Фалеса и Анаксимандра из Милета, а также мистика Ферекида Сиросского (прим. VI век до н. э.), которому традиция приписывает один из первых прозаических трудов на греческом языке. Первые два мыслителя призваны были ввести юного Пифагора в круг ионийской философии, а Ферекид, по-видимому, изложил ему идеи о бессмертии души и реинкарнации. Согласно легенде, Ферекид совершил в своей жизни такие же путешествия, как и Пифагор (каковые, впрочем, приписывались большинству основоположников греческой философии), и его фигура в равной степени сочетает религиозные и философские черты. Как пишут многочисленные источники, Пифагор заботился о своем учителе в последние дни его жизни. Что касается Фалеса Милетского, одного из семи мудрецов, традиция считает его зачинателем того процесса, который положил начало математике как науке. Говорят, что Фалес вычислил высоту пирамид по длине их тени во время своего путешествия в Египет по торговым делам. Ему приписывают различные теоремы; позже мы рассмотрим две важнейшие из них:

— два треугольника подобны, если у них равно соотношение двух сторон и угол между этими сторонами;

— любой угол, вписанный в полукруг и опирающийся на его диаметр, является прямым[3 Отметим, что в русской традиции теоремой Фалеса называется теорема о секущих параллельных прямых.].

К этим двум можно прибавить целый ряд теорем, известных к тому времени, но не сформулированных и не доказанных, в частности:

— диаметр делит площадь круга на две равные части;

— в равнобедренных треугольниках углы, прилегающие к основанию, равны.

В интеллектуальной сфере Пифагор полностью вписывается в среду философов-досократиков, то есть всех, кто предшествовал Сократу на этом первом этапе развития греческой философии. Этот термин объединяет пионеров логической мысли архаической Греции: Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена, Гераклита, Ксенофана, Парменида, Зенона, Эмпедокла, Анаксагора, Демокрита... В этом списке великих мудрец с Самоса и его ученики занимают почетное место. Общая черта всех досократиков — внимание к устройству космоса и материи. Неудивительно, что эта глава в истории человеческой мысли часто называется «космологическим периодом».

ОРФЕЙ

Орфей — это полулегендарный персонаж, выступающий в мифологии одним из первых поэтов и музыкантов древности, который изобрел кифару.

Кроме того, считается, что он улучшил конструкцию лиры,добавив к ней две дополнительные струны.

Легенда гласит, что Орфей в качестве знаменитого певца сопровождал Ясона и аргонавтов в плаванье за золотым руном; что он отправился в подземное царство мертвых, чтобы вывести оттуда свою возлюбленную, Эвридику — и это ему удалось благодаря музыкальному искусству (хотя конечный результат, согласно мифу, все равно не был успешным). Считается, что Орфей происходил из Фракии, как и Вакх, но более вероятно его критское происхождение, поскольку многие из пунктов его доктрины характерны для Египта, а египтяне оказывали влияние на греков именно через Крит. В самых древних вариантах легенды подчеркивается не столько отношение Орфея к музыке, сколько то, что он был жрецом-философом, реформатором и даже, согласно некоторым авторам, предшественником Пифагора. Черты орфизма можно найти не только у Пифагора, но и у Эмпедокла и Платона — эти три мыслителя связаны цепью преемственности.

Смерть Орфея от рук вакханки. Греческая керамика середины V века до и. э. (Берлин, Музей античности).

Легенда приписывает Пифагору целый ряд мифических наставников, что обычно для архетипа героического воспитания. По рассказам, Орфей открыл ему тайны космологии и теологии, Дионис и Аполлон обучали его медицине и гаданиям. Естественно, Пифагор не мог иметь отношений с этими выдуманными персонажами. Но можно сказать, что традиция тем самым показывает, что свои первые мистические шаги мудрец предпринял в рамках религиозной доктрины, известной как орфизм.

Орфизм был учением, основанным на мифологии. Согласно одной из версий мифа, Дионис был съеден титанами, но его сердце сохранилось, и Афина принесла его в дар Зевсу. Зевс истребил титанов своими стрелами, из их пепла появились люди, а Дионис возродился из своего сердца, проглоченного Зевсом. Это воскресение — центральный момент в орфической доктрине и обрядах: с одной стороны, на нем основывалась вера в реинкарнацию, а с другой — этим объяснялся отказ от употребления в пищу мяса. Культ Диониса в своей изначальной форме отличался дикостью и разнузданностью, о нем рассказывают как о чем-то атавистическом и оргиастическом. Не эта его сторона оказала влияние на философов, а более духовная версия, приписываемая мифическому поэту Орфею. Он в своих гимнах отразил важнейшие пункты учения, в котором место физического опьянения заняло опьянение интеллектуальное.

ПО МИРУ В ПОИСКАХ ЗНАНИЙ

Странствия за знаниями в далекие страны — это общее место всех мифов о мудрецах: философах, ученых или судьях. Вот и Пифагор посетил важные для ионийского мыслителя места, которые связывает одно — все они находятся на Востоке. Как и многим другим философам, ему приписывается путешествие в Египет, Аравию, Финикию, Иудею, Вавилон и даже Индию. Согласно традициям мифа, каждая страна соответствовала определенной мифологической вселенной, и в этих местах Пифагор изучал геометрию, математику, астрономию и проникся восточным мистицизмом. В любом случае, легенда, по-видимому, стремится установить баланс между знаниями, происходящими из знаменитых культурных центров в других землях, и багажом собственно греческой мысли.

Во многочисленных традициях греческого мира можно найти следы влияния на эллинскую мысль религий и философских систем, прибывших с берегов Инда через Вавилон. Не следует забывать, что в те времена Персидская империя Кира II, названного Великим (ок. 600-530 до н. э.), распространила свою власть на Ионию, а в конечном счете и на Самос. Есть много свидетельств о контактах греческих мыслителей с Индией.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАТЕМАТИКИ

Пунктами назначения образовательных путешествий Пифагора были Египет и Вавилон — две колыбели математики, согласно мнению самих греков. Это неудивительно, если вспомнить о зависимости между уровнем развития сельского хозяйства, которое в этих регионах достигло значительной высоты, и необходимостью измерять землю и учитывать произведенные продукты. К сожалению, сведения о математике первых цивилизаций, которыми мы обладаем, не отличаются особой точностью.

Египтяне пользовались десятичной, но не позиционной системой счисления: каждая из степеней десяти, вплоть до 106, обозначалась собственным символом, числа состояли из последовательности символов соответствующих разрядов. Вычисление дробей ограничивалось операциями с дробями с числителем 1. Что касается Месопотамии, то дошедшие до нас данные позволяют рассмотреть ее математику в развитии. Там наука достигла высокого уровня в области техники вычислений, среди которых можно найти настоящие алгебраические задачи. Отличительной чертой вавилонской математики было использование шестидесятеричной позиционной системы счисления. Шестьдесят цифр записывались в виде разных сочетаний двух значков: вертикальный «стоячий клин·» и «лежачий клин», которые представляли единицы и десятки. Запятая не использовалась, а дроби считали как соотношения целых чисел. Более серьезной проблемой было то, что в позиционной системе счисления места, не занятые цифрами, не были ясно обозначены, поскольку не существовало символа для нуля. Позднее, уже в персидское время, вавилонские математики ввели такой знак.

Вавилонская табличка прим. 2100 года до и. э. с землемерными расчетами (Лувр, Париж).

«Образовательные странствия» к египтянам, финикийцам и халдеям описаны в биографиях многих «философско-мистических героев» Великой Греции, таких как Парменид или Зенон из Элеи (ок. 490 — ок. 430 до н. э.) — источники говорят об их путешествиях в Египет в поисках божественной мудрости или умения составлять законы. Многочисленные авторы сообщают, что Пифагор начал свои странствия с изучения египетской религии, иероглифической письменности и символической интерпретации знаний, которую он впоследствии использовал в наставлениях ученикам. Геродот (484-425 до н. э.), споря с последователями Ферекида Сиросского, утверждает, что именно в Египте наш мудрец принял концепцию реинкарнации.

В любом случае, древнейшие источники указывают на связи Пифагора и его учеников со страной фараонов. Могло ли это путешествие иметь место в действительности? Было ли оно первым среди странствий Пифагора? Единственное, что мы можем утверждать, это что страна, где протекает Нил, вызывала огромный интерес в архаической Греции; это подтверждает и вторая книга «Истории» Геродота, полностью посвященная Египту. С самых древних времен в греческом мифологическом представлении Египет был источником высшего знания. Древние греки считали Орфея первым эллином среди многих мудрецов, кто отправился в Египет, чтобы изучить законы богов и приспособить к эллинскому миру мистерии, связанные с Осирисом, который у греков превратился в Диониса. Согласно некоторым источникам, это были именно те мистерии, которые Пифагор изучал во время своего путешествия, и именно из них он взял концепцию бессмертия души и реинкарнации. Греки были убеждены, что эти идеи происходят из легендарной страны Нила, но они ошибались.

ПИФАГОР В ПУБЛИЧНОЙ ЖИЗНИ

Историческая фигура Пифагора или, по крайней мере, его исторически значимый образ приобретает некоторую достоверность сразу после переселения мудреца в Великую Грецию. Его имя упоминается в связи с периодом с 540 по 522 год до н. э. Повидимому, еще на своем родном острове Пифагор основал небольшую школу под названием «Полукруг», где передавал другим знания, полученные в странствиях. Согласно легенде, уроки проходили в пещерах — и это еще одна характерная для мифа черта.

В то время власть на Самосе безраздельно принадлежала тирану Поликрату, который, оправдывая свою славу покровителя искусств, украсил остров знаменитыми общественными зданиями. Однако правителем Поликрат был безжалостным и беспринципным, не зря его тирания считается показательным образцом политического режима такого рода. Тиран, не брезговавший использовать свой флот для пиратства, воспользовался тем, что Милет попал под власть персов, чтобы одержать верх над своим вечным соперником по морской торговле. Чтобы положить предел персидской экспансии, он заключил союз с египетским царем, но потом, когда Персия нанесла удар Египту и была готова завоевать его, переменил союзника. Поликрат участвовал в персидском вторжении в Египет, послав туда флот под руководством своих политических противников. Экипажи кораблей взбунтовались и вернулись на Самос, чтобы свергнуть тирана. Поликрату удалось разбить восставших, но вскоре он был убит.

Пифагор был противником Поликрата: исторические источники единогласны в том, что в 40 лет он оставил остров и бежал от тирана. Мудрец обосновался в городе Кротоне в Великой Греции — это произошло примерно в 530 году до н. э. Богатые греческие города-государства в Южной Италии в те времена находились на пике своего расцвета, как и Самос с Милетом, но, в отличие от последних, были расположены далеко от персидской угрозы. Однако когда Пифагор прибыл в Великую Грецию, многие полисы греческой Италии оказались вовлечены в затяжную борьбу друг с другом, а Кротону только что нанес поражение город Локры.

Источники рассказывают, что приезд ученого произвел сенсацию, он прибыл словно бог, чтобы утвердить новый культ.

В этом источники наверняка правы: Пифагор немедленно основал в городе свою школу, которая превратилась в могущественное общество с огромным политическим влиянием. Аристократическая внешность, величественная манера держаться и блестящее красноречие дополняют образ ученого. Пифагора описывают как человека зрелого, возрастом около 40 лет, с длинной бородой и проницательным взглядом. Иногда он изображается в восточном тюрбане. Надо отметить, что самые древние источники представляют его в виде святого, в то время как более поздние являют нам скорее философа, как если бы первоначальный образ был погребен под позднейшими наслоениями.

Как и можно ожидать от человека, которого считают основателем риторического искусства, Пифагор с первого публичного появления перед жителями Кротона «прельстил их души». Философ Ямвлих из Халкиды (ок. 250-325) утверждал, что в первом и единственном своем публичном выступлении после прибытия в Италию самосец покорил своей речью «более двух тысяч людей, которые остались настолько потрясены ею, что не хотели расходиться по домам». Эта драматическая сцена, это потрясающее воззвание харизматической личности, которая больше похожа на полубожество, знаменует выход Пифагора на политическую и социальную сцену. Рассказ Ямвлиха дает нам некоторые исторические сведения и в то же время запускает мифологический механизм, который превращает Пифагора в персонаж, мало поддающийся историческому анализу. Подобная двойственность будет сопровождать ученого всю жизнь, Пифагор будет существовать как бы между двух миров: он философ и ученый, мудрец и прорицатель, законодатель и судья.

Пифагор основал религиозное и аристократическое братство, сыгравшее важнейшую роль в политике Кротона и, по некоторым свидетельствам, установившее своего рода господство над некоторыми городами-государствами Южной Италии. Отдельные авторы связывают приход пифагорейцев к политической власти с возвышением Кротона и его победой над соседним Сибарисом — полисом, расположенным на берегу Тарентского залива. Сибарис, известный пристрастием его жителей (сибаритов) к самым изысканным наслаждениям, был в ходе этой войны разрушен: кротонцы изменили русло окружающей город реки Кратиса и затопили Сибарис. Если верить традиции, победа Кротона, одержанная примерно в 510 году до н. э., приходится на зрелый возраст Пифагора.

Самый известный бюст Пифагора — римская копия греческого оригинала (Рим).

Арабская рукопись XIII века с доказательством теоремы Пифагора (Лондон).

Фрагмент «Афинской школы» Рафаэля. Пифагор — слева,занят письмом (Рим).

РЕЛИГИОЗНЫЙ РЕФОРМАТОР

Согласно Гомеру, древние греки архаического времени представляли загробное царство серым, унылым местом, где душа вынуждена влачить вечное существование в виде тени. В VI веке появились новые духовные доктрины, сулившие более счастливую и светлую загробную жизнь тем, кто на этом свете соблюдал определенные нормы поведения и придерживался определенных ритуальных практик. Новый взгляд на жизнь после смерти брал начало в мистических религиозных доктринах пифагореизма, которые сложились из синтеза местных греческих элементов и других культур.

Что такое Острова блаженных? Это Солнце и Луна.

Пифагорейская максима, приведенная Макробием (IV век) в его <Сне Сципиона>

Согласно источникам, мудрец с Самоса учил своих последователей теориям о бессмертии души, о вечном круговороте душ и взаимосвязи всего сущего. Религиозная доктрина Пифагора содержала ключ к пониманию Вселенной. Однако мир менялся: теперь было известно, что Земля шарообразна, так что больше невозможны были представления ни о подземном Аиде, воспетом Гомером, ни о рае, расположенном на Западе, на Островах блаженных, куда, согласно легендам, уходили души достойных людей для вечного покоя. На Земле больше не было места потустороннему, и приходилось менять загробную географию: потусторонний мир теперь помещался на звездах, душе приписывалось небесное происхождение, на небо она и возвращалась после смерти.

Так началось разрушение классической мифологии, основанной Гомером и Гесиодом. Новая мифология души уже не могла опираться на гомеровскую традицию, однако она послужила основанием для теорий Платона. Таково было влияние религиозной реформы Пифагора.

КОНЕЦ ЧЕЛОВЕКА, НАЧАЛО МИФА

Согласно источникам, около 510 года происходит жестокое восстание против Пифагора и его учеников, и, как это ни парадоксально, военный конфликт с Сибарисом, при котором пифагорейцы внесли значительный вклад в победу, знаменует начало конца пифагорейства. Говорят, что Пифагор и его круг был настолько влиятелен, что мог сокрушать целые города, и это вызвало ревность и гнев сограждан мыслителя. Легенда рассказывает о некоем Килоне, весьма зажиточном кротонце, которому учитель отказал в просьбе войти в пифагорейское сообщество, и Килон из чувства мести настроил против него горожан. Как бы то ни было, в конце войны с Сибарисом вокруг школы Пифагора сложилось огромное социальное напряжение. Попробуем реконструировать вероятный ход событий.

После победы Кротона над Сибарисом начались политические конфликты между победителями, которые не могли поделить контроль над завоеванными территориями. В этих конфликтах все ярче проявлялась роль пифагорейцев. Различные источники указывают, что антипифагорейское восстание вызвала борьба за раздел земель. Возможно, пифагорейцы начали захватывать государственные посты и принимать политические решения по важным вопросам, таким как распределение завоеванных территорий.

История смерти Пифагора во время этого мятежа также хорошо известна. Классическая легенда гласит, что пифагорейцы в тот вечер собрались в доме Милона, одного из членов братства, и в это время какие-то люди подожгли здание. Одни считают, что Пифагор погиб в огне, но другие рассказывают гораздо более колоритную историю: якобы учителю удалось спастись, однако его по пятам преследовали враги, и путь беглецу преградило бобовое поле. Пифагор испытывал огромную неприязнь к этому растению и предпочел быть настигнутым преследователями, чем пересечь поле.

Некоторые документы указывают на более умеренный исход гражданского конфликта в Кротоне, из них вырисовывается иная картина последних лет жизни мудреца: возможно, Пифагор бежал в соседний город Метапонт, где и умер около 490 года до н.э. Известно, что при жизни Марка Туллия Цицерона (106-43 до н.э.) жители Метапонта показывали всем желающим могилу Пифагора.

СПИСОК МАГИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ

Со временем Пифагор превратился в мистическую фигуру, обладавшую удивительными способностями. За него борются две противоположные традиции — мифологическая и логическая, и это затрудняет выяснение истины. Список магических способностей Пифагора в разных биографиях различается, о нем известен запутанный клубок самых разных легенд. Попытки докопаться до истины — не самый лучший путь для того, кто хочет получить представление о Пифагоре-ученом, однако пифагоровские «чудеса», составляющее наиболее древнее ядро традиции, неоценимы для понимания того, каким видели мудреца современники.

Итак, о Пифагоре говорили, что он может долго обходиться без еды и питья, что он способен появляться одновременно в нескольких местах, так как известны рассказы о том, что его видели в один час в двух городах на разных берегах Мессинского пролива. Еще один знаменитый сборник легенд утверждает, что у него было золотое бедро, причем одни авторы связывают это свойство с мифологическим отцом Пифагора, Аполлоном, а другие относят этот факт к некоей инициации наподобие шаманской. Но самая чудесная особенность Пифагора — это его красноречие.

МИСТЕРИЧЕСКИЕ РЕЛИГИИ

Мистерические религии были широко распространены в древнем мире, включая Грецию и Рим. В их основе лежит обряд мистерий, сохраняемых в тайне, чтобы защитить жрецов и верующих, обеспечить исключительность их религиозного опыта. Культы такого типа можно разделить на две группы: культы с мистериями магически-религиозными и религии с философскими мистериями. Примером первых может служить элевсинский культ. Часто такие религии проходили путь от культов, практикуемых небольшой группой посвященных, до превращения в официальную религию целого полиса. Некоторые из них имели малоазиатское происхождение и были вариациями на тему поклонения силам природы, другие же пришли с территории Юга нынешней России и носили характер шаманизма. Вторую группу религий, отличающихся мистериями философского свойства, возглавлял пифагореизм, который в своей более религиозной версии стал называться орфико-пифагореизмом. Такие религии иногда рассматриваются как производные от первой группы, хотя некоторые их проявления весьма различаются. В отличие от других религий, главными в них были не столько культовые, сколько спекулятивные, интеллектуальные мотивы, и хотя они развивались в среде посвященных, их адепты стремились пропагандировать свои идеи среди других слоев общества.

Вотивный[4 Вотивный — посвятительный, приносившийся в храм божества во исполнение обета после того, как бог выполнил просьбу.] рельеф, связанный с элевсинскими мистериями, где изображены Деметра, Персефона и Триптолем. IV век до и. э. (Археологический музей, Афины).

С одной стороны, он был пророком — говорят, что мудрец предсказывал землетрясения, предвестия, что на подплывающем судне везут мертвеца, а также предугадывал будущий улов рыбаков. С другой стороны, само его слово обладало магическими и даже целительными свойствами, и легенды рассказывают о том, что слушатели бывали в прямом смысле околдованы непобедимой риторикой Пифагора, а сам он мог излечивать тела и души с помощью музыки и поэзии. Самые фантастические легенды представляют мудреца победителем чумы. Его слово усмиряло страсти, и это делало его идеальным руководителем, способным обеспечить всеобщее согласие, свободу и соблюдение законов.

ШАМАНИЗМ И РЕЛИГИЯ

Шаманизм считается предшественником всех организованных религий, поскольку свидетельства шаманских практик восходят ко временам неолита. Многие черты шаманизма сохранились в различных религиях — в основном в их мистических и символических практиках. Греческое язычество испытало сильное влияние шаманизма, отразившееся во многих мифах и особенно в мистериях. Это влияние через Грецию распространилось и на римскую религию. Традиционные шаманские верования и практики связаны с миром духов и божеств. Шаман обладает способностью общаться с божествами и духами, предвидеть будущее, исцелять болезни. Кроме того, он выступает в качестве хранителя знаний, накопленных обществом.

Резное зеркало с изображением греческого прорицателя Калханта, который делает свои прорицания, гадая по внутренностям животных. V век до и. э. (Ватиканские музеи, Рим).

ГЛАВА 2 Теорема

Теорема Пифагора — одно из самых значительных математических достижений в истории. И хотя ее приписывают самосскому мудрецу, известно, что схожие результаты были получены еще в древних цивилизациях Востока. Однако мы не можем отказывать греческим геометрам в гениальности: переход от частного к общему, от наблюдения к теореме — это их заслуга.

Насколько в общественном сознании фигура Пифагора ассоциируется с математикой, настолько же она связана с теоремой, носящей его имя. Однако ее точная формулировка известна меньше, хотя данную теорему изучают в школах по всему миру, и еще меньше люди понимают, зачем в действительности она нужна.

На вопрос о пользе теоремы ответить несложно. Она решает классическую проблему геометрии большой теоретической важности. Таким образом, не говоря о практической пользе, важность ее состоит в том, что она служит основой множества теорем в тригонометрии и аналитической геометрии и, очевидно, в том, что она необходима для извлечения квадратных корней. Как мы увидим далее, проблема извлечения корней из чисел проявляется в достаточно простых математических задачах, таких как вычисление длины диагонали квадрата или прямоугольника по его сторонам.

Возможно, своим влиянием и известностью эта теорема обязана ощущению неочевидности, которое остается после ее анализа. В отличие от других теорем, в этой нет ничего интуитивно понятного, что объясняло бы ее свойства, которые мы сейчас еще раз рассмотрим, так что ее понимание — это акт чисто логической дедукции. Именно поэтому некоторые считают теорему квинтэссенцией математики.

КАТЕТЫ, ГИПОТЕНУЗА И УГЛЫ

Катеты — это стороны, прилегающие к прямому углу прямоугольного треугольника, а гипотенуза — сторона, противоположная прямому углу. Термины эти пришли к нам из греческого языка. Слово «катет» восходит к древнегреческому kathetos, что значит «прямостоящий, перпендикулярный», а «гипотенуза» происходит от hypoteinousa — «натянутая, стягивающая». Это определение обозначает, что гипотенуза представляет собой диаметр окружности, на которой лежит вершина прямого угла прямоугольного треугольника, то есть диаметр, который «стягивает» прямой угол. Поскольку речь идет об углах, возможно, источник этих терминов — наблюдения над положениями мышц ноги или плеча и предплечья.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕМЫ

Самое значительное открытие, которое традиция приписывает Пифагору, — это описание прямоугольного треугольника, устанавливающее соотношение между его катетами и гипотенузой. В прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов длин двух других сторон треугольника (см. рисунок 1). Определение теоремы звучит как «сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы», а ее алгебраическое выражение выглядит так:

a2 + b2 = c2.

Эту теорему можно сформулировать и более строгим образом, следуя современным математическим нормам. Ее определение в специальных геометрических терминах выражается следующим образом (см. рисунок 2):

Дан треугольник ABC; угол С прямой (то есть треугольник является прямоугольным), если площадь квадрата, построенного на стороне с, противоположной углу С, равна сумме площадей квадратов, построенных на двух других сторонах a и b: a2 + b2 = c2.

Из уравнения а2 + b2 = с2 следует, что

а = √(с2-b2),

b = √(с2-а2),

c = √(a2 + b2).

Во времена Пифагора эта теорема служила для определения перпендикулярности. Ведь в прямоугольном треугольнике «квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов», потому что катеты перпендикулярны друг другу. С другой стороны, если на практике соотношение сторон именно таково (а2 + b2 = с2), отсюда можно вывести, что данный треугольник — прямоугольный.

В наши дни угольник и копировальная бумага, которые применяются для построения технических чертежей, позволяют проводить не только перпендикулярные отрезки, но и комбинировать углы их пересечения из углов в 30°, 45°, 60° и 90°. В современном мире при черчении с применением плотницкого или столярного угольника тем же инструментом можно проверять перпендикулярность линий. А в Древней Греции архитектор, желающий проверить, перпендикулярны ли друг другу стены, мог использовать теорему Пифагора. Инструментом для измерения длины в то время служила веревка с завязанными на равных расстояниях узелками. Этой веревкой архитектор отмерял 3 единицы по одной стене и 4 по другой, после чего он мог определить, что стены перпендикулярны друг другу, если между двумя этими отметками укладывалось 5 единиц (52 = З2 + 42). Так проблема измерения углов сводилась к проверке соотношения длин, то есть гораздо более простой операции.

ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ТЕОРЕМЫ ПИФАГОРА

Египтяне и вавилоняне уже знали, что треугольник с соотношением сторон 3:4:5 прямоугольный, но, видимо, только греки заметили, что З2 + 42 = 52 и, таким образом, первыми сформулировали теорему в ее общем виде. Тысячелетние китайская и индийская культуры тоже довольно рано обратили внимание на эту геометрическую особенность — проблема диагонали квадрата была известна в этих культурах, а вот в великих цивилизациях доколумбовой Америки или Африканского континента (за исключением Египта) она не ставилась. В любом случае, Пифагору или кому-то из его учеников принадлежит заслуга открытия того, что описанное выше соотношение справедливо для всех возможных прямоугольных треугольников.

ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ТЕОРЕМЫ ПИФАГОРА

Задолго до того как Пифагор сформулировал общий закон, касающийся всех прямоугольных треугольников, в Вавилоне эпохи Хаммурапи — властителя, умершего примерно в 1750 году до н. э., — уже знали, как высчитывать «пифагоровы тройки», то есть такие комбинации положительных чисел (a, b, с), при которых а2 + b2 = с2. Вот некоторые примеры: (3, 4, 5), (5, 12, 13) и (8, 15, 17). Согласно теореме Пифагора, каждая из этих троек представляет собой длины сторон прямоугольного треугольника.

Наш главный источник информации о Вавилоне и Месопотамии — знаменитые глиняные клинописные таблички, на которых писали, пока глина была еще мягкой, а затем обжигали их в печи или высушивали на солнце, что придавало им достаточную твердость. Из всех этих табличек особую ценность для истории математики представляют те, что написаны около 2000 года до н.э. В самых древних записях использовался аккадский язык. Слова в нем состоят из одного или более слогов, и каждое из них отображается группой прямых черточек. Для письма аккадцы использовали палочку с треугольным концом, который они наклонно вдавливали в табличку, от чего оставались клиновидные следы, ориентированные в разных направлениях, поэтому такое письмо называется клинописью.

Среди 300 вавилонских табличек математического содержания из полумиллиона найденных до сегодняшнего дня особый интерес представляет табличка, называемая Плимптон 322 (табличка № 332 из коллекции издателя Джорджа Артура Плимптона, которую он в 1932 году передал Колумбийскому университету). Эта табличка относится к древнему периоду династии Хаммурапи (который охватывает эпоху между 1800 и 1600 годами до н.э.) и на ней изображена таблица с четырьмя колонками символов, которые, по-видимому, представляют числа, записанные в вавилонской шестидесятеричной системе.

Эти ряды чисел можно принять за записи торговых счетов, но при их внимательном изучении было сделано выдающееся открытие: это список пифагоровых троек по формуле а2 + b2 = с2. Таким образом, табличка Плимптона доказывает, что вавилоняне знали элементарную геометрию и начала алгебры.

Как вавилоняне нашли эти пифагоровы тройки? Почему они их интересовали? Для составления этой таблицы они, возможно, использовали известный им алгоритм, который оставался в забвении следующие 1500 лет, до Евклида с его «Началами».

I. II.b III.d IV. l (1) 59 00 15 159 2 49 1 2 00 (1) 56 56 58 14 50 06 15 56 07 3121 [1 20 25] 2 57 36 (1) 55 07 4115 33 45 116 41 150 49 3 120 00 (1) 53 10 29 32 52 16 3 3149 5 09 01 4 3 45 00 (1)48 54 0140 105 137 5 112 (1) 47 06 4140 519 8 01 6 600 (1) 43 11 56 28 26 40 38 11 59 01 7 45 00 (1) 41 33 59 03 45 1319 20 49 8 16 00 (1) 38 33 36 36 901 [801] 12 49 9 10  (1) 35 10 02 28 27 24 26 40 122 41 216 01 10 148 00 (1) 33 45 45 115 11 100 (1) 29 21 54 02 15 27 59 48 49 12 40 00 (1) 27 00 03 45 7121 [2 41] 4 49 13 4 00 (1) 25 48 5135 06 40 29 31 53 49 14 45 00 (1) 23 13 46 40 56 53 [146] 15 130 

На следующей странице в таблице показаны 15 из 38 пифагоровых троек из этой таблички. Хотя клинописные символы заменены на привычные цифры, для понимания таблицы нужно сделать несколько уточнений. Четвертая колонка содержит номер строки. Вторая и третья колонки показывают значение гипотенузы и катета прямоугольного треугольника, записанные в шестидесятеричной системе. В последней колонке, обозначенной буквой «l», находятся значения второго катета. Содержимое первой колонки вызывает некоторое удивление, потому что там представлен квадрат соотношения d, деленного на l. Это значение можно было бы охарактеризовать как квадрат некоей тригонометрической функции. Рассмотрим первую строку вавилонской таблички, использовав десятеричную систему. В колонке II обозначена длина катета b=119 (что в шестидесятеричной системе записывается как 159 — одна «шестидесятая» плюс 59. — Примеч. перев.), а в колонке III — гипотенуза d =169 (записано как 249 — две «шестидесятой» плюс 49). Из этих величин вытекает длина другого катета, l = = 120 (200 — две «шестидесятки»). В таблице ниже эти значения переведены в десятеричную систему, по ней легче проверить соответствующие соотношения.

Номер строки l b d 1 120 119 169 2 3456 3367 4825 3 4800 4601 6649 4 13500 12709 18541 5 72 65 97 6 360 319 481 7 2700 2291 3541 8 960 799 1249 9 600 481 769 10 6480 4961 8161 11 60 45 75 12 2400 1679 2929 13 240 161 289 14 2700 1771 3229 15 90 56 106

ЗЕМЛЕМЕРИЕ В ЕГИПТЕ

В Египте математика была менее развита, чем в Междуречье. Сведения о ней происходят из пяти папирусов, посвященных математическим вопросам, среди которых самые важные — это папирус Ринда, обнаруженный в 1858 году шотландским египтологом Александром Генри Риндом (1833-1863) и ныне хранящийся в Британском музее, и Московский папирус, находящийся в коллекции Пушкинского музея в Москве. Два этих документа восходят, по всей видимости, к XVIII веку до н.э., хотя, возможно, они еще более древние. Оба папируса представляют исключительную ценность для историков математики, и весьма показательно, что ни в одном из них нет никаких свидетельств о теореме, известной сегодня как теорема Пифагора, или о пифагоровых тройках.

Во всяком случае, египтяне знали о том, что треугольники с соотношением сторон 3, 4, 5, а также пропорциональные им, прямоугольные и широко пользовались этим соотношением, когда надо было начертить две перпендикулярные линии, так что треугольник 3:4:5 даже получил название египетского.

О его применении, среди прочих, рассказывает Геродот в своем описании работы землемеров после сдвигов почвы, вызванных разливами Нила. Засвидетельствовано использование египетского треугольника и в строительстве, к примеру, при возведении огромной пирамиды Хефрена, восходящей к XXVI веку до н.э.

Ясное указание на пифагорово соотношение появляется в различных египетских расчетах, однако до нас не дошло никаких свидетельств, что это соотношение было сформулировано в общей форме. К примеру, в одном из документов XII династии (ок. 2000 до н.э.), найденном в Кахуне, используется выражение

l2 = (3/4)2 = (1+1/4)2,

пропорциональное египетскому треугольнику. В Берлинском папирусе тоже содержится ряд медицинских, литературных и математических документов Среднего Царства, содержащих следы пифагоровой теоремы. В одном из математических папирусов решается система уравнений с двумя неизвестными в связи со следующей задачей:

Площадь квадрата в 100 квадратных кубитов равна сумме двух меньших квадратов. Сторона одного из них составляет 1/2 + 1/4 стороны другого. Найди длины сторон этих квадратов.

ТРИАНГУЛЯЦИЯ В ЗЕМЛЕМЕРИИ

Египетские землемеры были жрецами, и их деятельность по измерению земли имела почти мистическое значение и вызывала благоговение у крестьян. Способ, с помощью которого они творили свое «волшебство», — это не что иное, как тригонометрия. Первые культуры, которые заинтересовались геометрией, развивали тригонометрические знания для использования их в строительстве и землемерии. Раздел земель на треугольники (триангуляция) всегда был главным методом измерения поверхностей, и развитие топографии вплоть до наших дней доказало его эффективность. Каждый треугольник можно разбить на два прямоугольных треугольника, которые позволят определить высоту или расстояние до недостижимых объектов с помощью измерения некоторых сторон и некоторых треугольников. Внимательно рассмотрев эти фигуры и сопоставив их с определениями синуса, косинуса и тангенса (см. стр. 55), можно заметить их очень полезные свойства. К примеру, b = a tg В. То есть вычислив угол В, можно получить значение а и, с помощью тригонометрических таблиц, узнать длину b. Это позволяет реализовать любые технические измерения с помощью линейки и теодолита (инструмент для точного измерения углов на местности), которые точно определяют длины и углы.

Английская гравюра начала XVII века, иллюстрирующая измерение расстояния до недостижимого объекта с помощью триангуляции.

На языке современной алгебры соответствующая задача решается следующей системой:

х2 + у2 = 100,

y = (1/2 + 4/4)x

что требует, как это видно в папирусе, выполнить подстановку и вычислить квадратный корень. Это решение типологически близко пифагорову, но более, чем о знакомстве с теоремой Пифагора, оно свидетельствует о том, что египтянам были известны методы решения двойных уравнений — значительный результат для Древнего Египта.

ПИФАГОР В ИНДИИ

В Индии также развивались арифметико-геометрические знания, связанные с теоремой Пифагора, — они применялись при строительстве храмов и возведении алтарей. Между VIII и II веком до н. э. арифметические и геометрические сведения составили сборник текстов, известный под названием «Сульвасутра». Сульва — это термин, обозначающий веревки, использующиеся для измерения, а Сутра — книга правил и изречений, относящихся к определенному ритуалу или науке, так что название можно перевести как «Учебник правил о веревке».

Тексты «Сульвасутры» были своего рода сборником книг, где излагались правила возведения алтарей определенных форм и размеров, среди которых самые интересные — это «Баудхаяна» и «Апастамба», датируемые V веком до н. э. Там излагаются способы использования веревки не только для измерения, но и для построения перпендикулярных линий — для этого применяются три веревки, длины которых представляют пифагоровы тройки (к примеру, 3, 4, 5; 5, 12, 13; 8, 15, 17; 7, 24, 25). Для этих целей использовали чаще всего треугольник со сторонами 15, 36, 39 (пропорциональный треугольнику 5, 12, 13, называемому индийским треугольником).

Трудно оценить, насколько оригинальны эти сведения для Индии. С одной стороны, здесь, как и в Египте, использовалось натяжение веревок, а с другой — все тройки «Сульвасутры» легко отыскать в вавилонском правиле, описанном выше. Это наводит на мысли о том, что знания из Месопотамии пришли и на берега Инда.

ПОЭЗИЯ И МАТЕМАТИКА В КИТАЕ

В Китае теорема Пифагора известна как Кон Ку и впервые появляется в математическом трактате «Чу Пей Cyan Чинь», что можно перевести как «Классическая арифметика гномона». Наиболее вероятно, что этот труд был написан между 500 и 300 годами до н. э., и, по общему мнению, Пифагор его знать не мог. «Чу Пей Суан Чинь» — это сумма знаний, пришедших из гораздо более отдаленных времен и собранных в III веке до н.э. двумя знаменитыми математиками, Чжао Шуаном и Лю Хуэем. К счастью, в его содержании можно отделить древние пласты от позднейших наслоений. Что касается теоремы Пифагора, этот математический трактат касается ее только в примитивной форме, то есть дает конкретные числовые соотношения, а не общие правила нахождения пифагоровых троек.

В трактате «Чу Пей Суан Чинь» есть один пассаж о прямоугольных треугольниках, в котором интерес вызывает описание некоей фигуры, названной диаграммой гипотенузы и представляющей собой не что иное, как визуальную демонстрацию теоремы Пифагора с помощью треугольника со сторонами а = 3, b = 4 и с = 5. В этом доказательстве строится квадрат со стороной (а + b)у который делится на четыре треугольника с основанием а и высотой b, и квадрат со стороной с (см. рисунок 3 на следующей странице). В высшей степени вероятно, что доказательство восходит к эпохе уже после Пифагора, но даже в этом случае его стоит разобрать подробнее.

Дан прямоугольный треугольник с катетами а и b и гипотенузой с. Следует доказать, что площадь квадрата со стороной с равна сумме площадей квадратов со сторонами а и b.

РИС. з

РИС. 4

РИС. 5

Если к исходному треугольнику присоединить три равных ему треугольника внутри квадрата со стороной с (см. рисунок 4), то в центре этого квадрата останется незанятым меньший квадрат. Можно заметить, что сторона этого меньшего квадрата равна b - а. Таким образом, площадь меньшего квадрата можно выразить как (b - а)2 = b2 - 2ab + a2, учитывая, что (b - а)2 = (а - b)2. Площадь квадрата со стороной с представляет собой площадь четырех квадратов с высотой а и основанием b, плюс площадь маленького квадрата, таким образом, теорему можно считать доказанной:

с2 = 4(ab/2) + a2 - 2ab + b2 = а2 + b2.

«Чу Пей Суан Чинь» содержит и еще одно блестящее доказательство с применением простого переноса частей (см. рисунок 5).

Второй классический китайский трактат, в котором рассматриваются геометрические аспекты, связанные с теоремой Пифагора, датируется примерно 250 годом до н.э., хотя Лю Хуэй откомментировал его и переписал в 263 году.

Речь идет о «Дзю Чжан Суань Шу»> что значит «Математика в девяти книгах». Последняя, девятая глава полностью посвящена прямоугольным треугольникам и представляет собой 24 задачи, решения которых в той или иной степени основаны на теореме Пифагора. Самая известная из них — задача о сломанном бамбуке, в которой описывается прямоугольный треугольник, образованный сломанным стволом бамбука:

Бамбук высотой 10 футов сломан так, что его верхушка опирается на землю на расстоянии в три фута от основания. Надо вычислить, на какой высоте находится место излома.

Решение этой задачи сочетает в себе теорему Пифагора и применение квадратных уравнений, так как представляет собой решение уравнения

х2 + З2 = (10 - х)2.

ПИФАГОР: ТРАДИЦИОННЫЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА

Пифагор не оставил потомкам ни строчки, так что не существует ни одного доказательства теоремы, авторство которого можно было бы приписать ему. Ее решение дается во множестве источников, вплоть до детального описания его в самой важной в истории геометрии книге «Начала» Евклида. Но в любом случае не стоит отказывать Пифагору и его последователям в определенной гениальности, так как именно они совершили переход от частного к общему и сформулировали теорему, применимую ко всем частным случаям.

Первое доказательство теоремы, которую традиция приписывает Пифагору, было эмпирическим. Берется треугольник со сторонами a, b, c (катеты и гипотенуза), на которых строятся три квадрата согласно строгим правилам греческой геометрии (см. рисунок 6). Из этих квадратов складываются два различных квадрата. Первый получается из двух квадратов, построенных на катетах и четырех прямоугольных треугольников, каждый из которых равен исходному треугольнику (см. рисунок 7). Второй квадрат состоит из тех же четырех треугольников и квадрата, построенного на гипотенузе (см. рисунок 8). Если из обоих квадратов убрать эти треугольники, площадь центрального квадрата второго (с2) будет равна площади двух малых квадратов первого (b2 + а2), что доказывает теорему Пифагора.

РИС. 6

РИС. 7

РИС. 8

РИС. 9

В противовес такому графическому доказательству, основанному на теории пропорций Пифагора, — теории несовершенной, так как она применима только к соизмеримым количествам, — некоторые историки математики выдвигают другое доказательство, алгебраического характера. Пифагор мог доказать теорему через подобие треугольников — на рисунке 9 треугольники АВС, АСН и СВН — с пропорциональными соответствующими сторонами. Возьмем треугольник АВС с прямым углом С, для которого отрезок СН представляет собой высоту, опущенную на гипотенузу, и делит ее на отрезки d и V — проекции, соответственно катетов а и b. Прямоугольные треугольники АВС, АСН и СВН имеют три общие стороны: каждый из треугольников имеет по две стороны, общие с другими, а их острые углы равны, так как они либо общие, либо составляют вместе прямой угол. Таким образом, треугольники подобны.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ЧЕРЕЗ ПОДОБИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОВ

Подобие треугольников можно применить двумя способами.

— Подобие треугольников АВС и АСН: два треугольника подобны, когда два или более угла у них конгруэнтны (что доказал Евклид):

b/b' = c/b

b2 = b'c.

— Подобие треугольников АВС и СВН:

a/a' = c/a

a2 = a'c.

из чего вытекает так называемая теорема катета. Суммируем:

а2 + b2 = а'с + b'с = с(а' + b'),

но (а' + b') = с, из чего следует

а2 + b2 = с2.

«НАЧАЛА» ЕВКЛИДА

Евклид жил в Александрии около 300 года до н.э. и был автором «Начал» (Stoicheia) — труда, оказавшего огромное влияние на развитие математики и науки в целом. В этой книге он собрал все геометрические знания своей эпохи, не считая собственных доказательств, изложенных строго и изящно, включая определения, формулировки и общие сведения. Этот труд был не просто блестящим компендиумом, а серьезной работой по упорядочиванию геометрических знаний. Возможно, именно поэтому вплоть до последнего времени эта книга оставалась эталоном геометрического трактата. «Начала» занимают второе место по количеству изданий и переводов, уступая только Библии. К настоящему времени они выдержали более тысячи переизданий.

«Начала» делятся на 13 книг: четыре первые посвящены основам планиметрии — конгруэнтность треугольников, равенство площадей, золотое сечение, круг, правильные многоугольники, некоторые квадратуры и, естественно, теорема Пифагора (книга I, предложение 47). Свойства теоремы Пифагора используются в геометрическом контексте измерения площади фигур. Теорема Пифагора вновь упоминается в книге VI, а также в книге X, где речь идет о квадратных корнях.

В предложении 47 Евклид постулирует, что в квадратных треугольниках квадрат стороны, противоположной прямому углу, равен сумме квадратов сторон, прилегающих к нему. Иллюстрация к этому утверждению получила название «ветряной мельницы» (см. рисунок).

Доказательство выполняется с помощью расчета площадей. Оно заключается в том, чтобы доказать равенство треугольников BFA и ВСЕ и то, что их удвоенная площадь равна, с одной стороны, площади квадрата CBFJ, а с другой — площади прямоугольника ВШЕ. Таким же образом квадрат CKGA имеет ту же площадь, что и прямоугольник AIHD. Отсюда выводится теорема Пифагора, которую можно сформулировать следующим образом: площадь квадрата BADE равна сумме площадей квадратов CBFJ и CKGA.

ЕВКЛИД ИЗ АЛЕКСАНДРИИ

Евклида считают отцом геометрии.

Хотя, по всей вероятности, ни один из результатов в «Началах» не является его открытием, нет сомнений, что именно Евклиду мы обязаны структурированием сведений и способом их изложения. О его жизни известно мало — почти исключительно те сведения, которые сообщает философ Прокл (V век) в своих комментариях к книге I «Начал».

По словам Прокла, Евклид родился ок. 325 года до н.э., жил и преподавал в Александрии и умер прибл. в 265 году до н.э. Кроме того, Прокл утверждает (и это выглядит весьма правдоподобным), что, судя по особенностям его работы, Евклид, возможно, обучался в школе Платона или у кого-то из его учеников. Таким образом, по сведениям Прокла, Евклид жил в эллинистический период. Это более вероятно, чем то, что он жил в классической Греции, учитывая, что в его книге есть отсылки к знаниям той эпохи. Так, Евклид сгруппировал описываемые им открытия способом, непохожим на то, как это делали греки классического времени. Тот же Прокл говорит, что Евклид собрал результаты философа и математика Евдокса (ок. 390-337 до н.э.) в области теории пропорций и математика Теэтета (ок. 417-369 до н.э.) в области правильных многоугольников и что в целом представил в своей книге неопровержимые доказательства множества теорем своих предшественников, о которых дошли лишь скудные сведения. Не сохранилось изначальной редакции труда самого Евклида, так что его тексты приходится реконструировать по комментариям и заметкам более поздних авторов, особенно византийских, латинских и арабских.

Евклид, занимающийся геометрией. С рельефа Андреа Пизано, XIV век (Музей Домского собора, Флоренция).

Теорема показывает также, как получить квадрат, по площади равный двум заданным квадратам, то есть как найти такое значение х, при котором х2 = а2 + b2, так что это еще один пример применения геометрической алгебры. Если предложение 47 представляет собой кульминацию первой книги «Начал», то еще более интересно, как впоследствии Евклид доказывает теорему, ей обратную. Это предложение 48, которому обычно уделяется не так много внимания, но которое имеет огромное логико-дедуктивное значение. В нем постулируется, что если в треугольнике квадрат одной из сторон равен сумме квадратов двух других, то угол, который образуют эти стороны, прямой (см. рисунок 10).

РИС. 10

Доказательство состоит в том, чтобы построить отрезок CD, перпендикулярный АС и равный СВ. Согласно заданным условиям:

ВС2+АС2=АВ2,

и, так как треугольник ADC прямоугольный,

АС2 + CD2=AD2.

Поскольку ВС = CD, АВ2 = AD2, то, следовательно, АВ = AD. Следовательно, треугольники ADC и АВС конгруэнтны, а угол АСВ, равный углу ACD, прямой.

Евклид приводит и графическое доказательство, где квадраты, выстроенные на катетах, превращаются в параллелограммы той же площади (так как они имеют то же основание и ту же высоту), а те, в свою очередь, трансформируются в квадрат, построенный на гипотенузе. Это гениальное доказательство представлено на рисунке 11.

РИС. 11

Оксирннхский папирус 29, фрагмент «Начал», датированный II—IV веками (Филадельфия).

Фрагмент «Афинской школы» Рафаэля, Евклид изображен с циркулем. С противоположной стороны фрески находится Пифагор (Рим).

Теорема Пифагора числится среди имеющих наибольшее число возможных способов доказательства. Одно из объяснений этого явления в том, что в Средние века представление нового способа ее доказательства было одним из условий получения степени Magister matheseos, то есть магистра математики, и в известном смысле это умение стало со временем универсальным показателем общего образования человека.

РИС. 12

Гениальный Леонардо да Винчи (1452-1519) был образцом универсального человека эпохи итальянского Возрождения, поскольку блестящим образом сочетал в себе знания в самых разных областях — как в сфере науки, так и искусства. Человек, который запечатлел таинственную красоту Джоконды и изобрел бесчисленные удивительные механизмы, смог представить собственное блестящее доказательство теоремы Пифагора. Леонардо основывался на знаменитой фигуре «мельницы», то есть треугольника с квадратами, построенными на трех его сторонах. К ним сверху он добавил треугольник ECF, а снизу разместил копию исходного треугольника А'С В' (см. рисунок 12). Проведя отрезки DD' и СС', служащие друг другу перпендикулярами, можно убедиться, что DD' делит верхний шестиугольник ABDEFD' на симметричные половины, которыми, если их развернуть друг относительно друга, можно полностью накрыть шестиугольник АСВА'С'В'. Следовательно, два квадрата, построенные на катетах, в сумме дают площадь, равную площади квадрата, построенного на гипотенузе.

ТЕОРЕМА ПИФАГОРА СЕГОДНЯ

Спустя два с половиной тысячелетия после открытия теорема Пифагора находит самые разные математические и научные способы применения. Это математическое достижение, оказавшееся, возможно, столь живучим благодаря своей простоте, сохраняет свою важность при вычислении длин, площадей и объемов разнообразных фигур. В квадрате со стороной х диагональ будет равна х√2; в прямоугольнике со сторонами х и у диагональ равна √(х2 + у2); в параллелограмме (например, в коробке из- под обуви) размерами х, у, z диагональ составит √(х2 + у2 + z2); в конусе с высотой h и радиусом основания r образующая равняется √(h2 + r2)... и так можно продолжать очень долго.

РИС. 13

РИС. 14

Теорема Пифагора также лежит в основе декартовой системы координат на плоскости и в пространстве и позволяет определить расстояние d(P,Q) между двумя точками Р= (x1,y1) и Q= (х2, у2), как показано на рисунке 13. Применяя теорему, получаем:

Расстояние (P,Q) = √((x2 - x1)2 + (y2 - y1)2)·

В любом расчете, который предусматривает применение функций, проявляется пифагорово отношение, учитывая, что y = ƒ(x) в декартовом выражении. Теорема используется и в тригонометрии. С величинами углов прямоугольного треугольника связаны такие функции, как синус, косинус, тангенс... (см. рисунок 14), так что:

sin А = a/c cos А = b/c tg А = a/b.

Таким образом, в тригонометрических терминах теорему Пифагора можно выразить как отношение sin2 А + cos2 А = 1. Теореме можно найти применение в топографии, картографии, навигации — морской или воздушной, — а также, конечно, в архитектуре, инженерном деле и во всех областях человеческой деятельности, где требуется расчет размеров. Чтобы показать исключительную важность теоремы в тригонометрии, можно привести следующий рисунок. Кроме того, что на нем мы видим круг и прямоугольный треугольник, катеты которого представляют собой синус и косинус, этот рисунок демонстрирует нам и многие другие величины, соответствующие большинству тригонометрических функций. Там можно найти тангенс, представляющий собой соотношение между синусом и косинусом, три взаимозависимых функции: секанс (то есть 1, деленное на косинус), косеканс (функция, обратная синусу) и котангенс (функция, обратная тангенсу). Таким образом, благодаря вездесущей теореме Пифагора приведенный на рисунке прямоугольный треугольник позволяет вывести очень много интересных соотношений, среди которых шесть тригонометрических функций.

tg2θ +1 = sec2θ,

ctg2θ +1 = cosec2θ,

(tg θ +1 )2 + (ctg θ +1 )2 = (sec θ + cosec θ)2.

РИС. 15

РИС. 16

ТЕОРЕМА ПИФАГОРА В ДРУГИХ МНОГОУГОЛЬНИКАХ

Нет сомнений, что пифагорово соотношение тесно связано с конкретной геометрической фигурой — прямоугольным треугольником. Однако если принять во внимание классическое изображение этой теоремы в виде «ветряной мельницы», где три квадрата составлены так, что их стороны образуют катеты и гипотенузу прямоугольного треугольника, сами собой появляются некоторые вопросы. Что будет, если использовать квадраты для построения любого треугольника? Что будет, если они образуют параллелограмм?

РИС. 17

РИС. 18

Если соединить тремя отрезками квадраты при прямоугольном треугольнике, образуется шестиугольник, в котором

появятся три новых треугольника с площадями Т1, Т2 и Т3 (см. рисунок 15). Каковы их площади? Во всех случаях их площади в точности равны площади исходного треугольника: Т1 = Т2 = Т3 = Т. На рисунке 16 показано, что Т = Т1, так как у обоих треугольников одинаковы основание и высота. Для других треугольников также действительно это соотношение. Если взять любой произвольный треугольник АВС, то можно построить на его сторонах три квадрата и задать вопрос, каково соотношение площадей этих квадратов. Возьмем, к примеру, треугольник с острым углом (A < 90°). Решение показано на рисунке 17. На нем проведены три высоты треугольника. Эти высоты продолжены так, чтобы соответствующие прямые делили каждый квадрат, построенный на сторонах треугольника, на два прямоугольника. Подставляя длины сторон, получаем, что площадь верхнего правого прямоугольника равна с · (a cos В). Удивительно, что такова же и площадь нижнего правого прямоугольника. Площади секций слева равны b · (a cos С). Добавляем еще два сегмента с площадями b · (с cos А) и получаем результат:

a2 = b2 + c2 - 2 · b · c · cosA,

по закону косинуса.

Таким образом, если А = 90°, cos 90°= 0, и мы получаем b2 + с2 = а2, известное пифагорово соотношение. Таким образом, закон косинуса — это продолжение теоремы Пифагора. Еще одно удивительное свойство проявляется, если построить четыре квадрата на сторонах параллелограмма. Как можно видеть на рисунке 18, сумма площадей этих квадратов равна сумме площадей двух квадратов, построенных на диагоналях параллелограмма.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗВЛЕЧЕНИЯ

Закончить описание современных областей применения одного из самых великих математических достижений в истории можно парой развлекательных задачек. Во-первых, теорема Пифагора позволяет ответить на вопрос, которым люди задавались с того момента, как узнали о кривизне земной поверхности: на каком расстоянии от нас находится видимый горизонт? Чтобы ответить, надо знать лишь высоту над уровнем моря, на которой находится наблюдатель. К примеру, если он стоит, озирая окрестности, на горе высотой 1000 м, можно применить нашу теорему следующим образом:

(R + h)2 = R2 + v2.

Следовательно:

v2 = (R+h)2 - R2 = (R2 + 2Rh + h2) - R2 = h2 + 2Rh = h(h+2R),

где R — радиус Земли. Так как 2R + h ≈ 2R, поскольку h значительно меньше R, получается:

v2 ≈ h(2R)

v ≈ √(2Rh).

И так как R = 6371 км, a h = 1 км, получаем:

v ≈ 112, 88 км.

РИС. 19

РИС. 20

И наконец, зная соотношение Пифагора как типичное свойство плоских прямоугольных треугольников, можем ли мы применить теорему к трехмерным фигурам? Да, сделать это можно разными способами. Известный и наиболее наглядный — выразить диагональ d коробки со сторонами a, b, с через теорему Пифагора: d2 = а2 + b2 + с2 (см. рисунок 20).

ГЛАВА З Пифагорейское братство

На пике греческой колонизации Пифагор попытался осуществить свой проект по созданию в Великой Греции утопического общества, построенного на духовных и философских основаниях. Он основал братство, в которое в равном количестве вошли мужчины и женщины. Члены братства имели разную степень доступа к магическо-математическим знаниям в соответствии со своим местом в иерархии.

Это первое сообщество такого типа, о котором мы знаем, — настоящее «братство числа».

Пифагорейство было способом жизни. Сообщество верных Пифагору подчинялось целому ряду правил, которые охватывали все аспекты повседневного бытия. Доступ к истине и спасению зависел от строгого выполнения норм, как это характерно для мистерических религий.

Основы этики сообщества определялись идеей бессмертия души, которая придавала всей жизни пифагорейцев характер религиозный и аскетический. Большинство предписаний были направлены на то, чтобы члены братства учились властвовать собой, отказывались от страстей и презирали телесные нужды — вот условия, необходимые для постижения высшего знания. В этом контексте музыка считалась «лекарством души» благодаря ее умиротворяющему действию, а высшей добродетелью становилась духовная гармония — состояние совершенства, которого возможно достичь лишь в следующих перерождениях. Математическая значимость чисел уже признавалась, но, по всей видимости, при жизни Пифагора концепция числа еще не оказывала такое влияние ни на этику братства, ни на космологию.

Для пифагорейцев жизнь имела мистическую цель — прикоснуться к божественному. Поэтому все их существование было организовано как восхождение по ступеням.

Так же как и в орфизме, адепты которого видели в человеке божественное начало и полагали главной целью жизни борьбу за его восстановление, Пифагор считал душу божественной частью человека и его единственной надеждой на спасение. Можно без колебаний квалифицировать школу, основанную самосским мудрецом, как секту. Особенности пифагорейской жизни, как мы их знаем из описаний историков, в точности соответствуют всем элементам, характерным для религиозной секты, если употреблять этот термин в социологическом смысле, без уничижительного оттенка. Учитель, обладающий наибольшим духовным авторитетом, предлагал своим последователям систему инициаций и обязательных правил поведения, включал их в иерархическую структуру разрядов и категорий и распределял их по ступеням восхождения к истине. Члены группы различались по одежде, питанию и ритуалам, которые они исполняли, — своего рода альтернативная по отношению к традиционной жизнь.

ПИФАГОРЕЙСКАЯ ИЕРАРХИЯ

Пифагорейская иерархия соответствовала разным степеням инициации членов секты. Основное разделение было на две группы: акусматики и математики. Первые слушали наставления учителя, но не имели доступа к более полному изложению их оснований. Вторые, напротив, изучали вышеуказанные основания и были допущены к тайнам их истолкования. Эти загадочные наставления давались в весьма аллегорической форме и назывались акусматами, и посвященные первого уровня должны были заучивать их наизусть. Традиция говорит, что Пифагор заимствовал этот характерный для сект метод обучения в Египте, но достоверно известно, что пифагорейские максимы очень напоминали сентенции, получаемые от дельфийского оракула.

К этому самому общему, хорошо известному делению добавлялась разветвленная система ступеней посвящения, связанных с властью и соответствующих близости к вершинам логического знания. В свою очередь, степень внутренней власти в секте была связана с соблюдением суровых правил и еще более суровым образом жизни.

Согласно традиции, посвященные слушали проповеди учителя из-за занавеса, который окружал его, скрывая от глаз учеников. Ученики назывались экзотериками, так как находились вне круга учителя. Новые члены сообщества должны были в ходе инициации преодолеть различные испытания, состоявшие в соблюдении обета молчания и ведении чистой жизни, что включало в себя вегетарианство, ношение белых одежд и медитацию. Со временем испытательный период заканчивался, и они могли войти во внутренний круг, становясь эзотериками.

Вступление в братство было очень сложным процессом, который начинался с физических и моральных испытаний. Некоторые источники говорят, что испытательный период занимал три года, после чего кандидат приступал к первой ступени инициации — принимал обет молчания. Пифагорейское молчание брало начало в ритуалах мистерий, обряды которых запрещалось разглашать, и было подготовительной практикой перед посвящением в тайны, которые должно было раскрыть обучение в секте. Обет молчания и самоконтроль были двумя моральными дисциплинами, которыми более всего восхищались на протяжении всего периода античности.

В пифагорейской иерархии выделяют еще две группы, управителей и политиков, хотя различие между ними не очень ясно. Первые ведали помещениями и имуществом сообщества, так как, вступая в братство, новый его член отдавал все свое имущество в общее пользование. Политики же, напротив, отвечали за отношения группы с внешним миром.

Но самое серьезное разделение было между членами секты и остальным обществом. Братство очень враждебно относилось к тем, кто покидал его, а также к тем, кто желал вступить в него, не заслуживая этого. Отступников считали умершими. Выйти из группы было легко, и таким «дезертирам» даже в двойном размере возмещали все, что они внесли в общее имущество при поступлении в секту, но с этого момента они словно переставали существовать для сообщества. Члены братства, отличавшиеся крайней географической мобильностью, имели массу связей в самых крупных городах Южной Италии и Сицилии, где существовала широкая сеть пифагорейских пристанищ. Братья использовали различные тайные пароли, чтобы узнавать друг друга в разных точках античного мира, и таким образом помогали друг другу в моменты опасности. Традиция полна историй о пифагорейцах в нужде, которым помогали товарищи, распознавшие их тайные сигналы.

Как пифагорейцы приносили жертву Аполлону, так и мы продолжаем это делать, отказываясь от съедения чего- нибудь, что имеет душу.

Диоген Лаэртский, цитата из «Алкмеона» в главе, посвященной Пифагору, из труда «Жизнь и учение самых известных философов» пифагорейские табу

Часто говорят, что пифагорейцы были вегетарианцами, но некоторые авторы уверяют, что Пифагор избегал употребления в пищу только некоторых частей животных: внутренностей, тестикул и гениталий, костного мозга, лап и головы. Споры об этом идут по сей день: в любом случае, доказанным фактом является то, что члены секты соблюдали весьма строгие пищевые запреты, связанные с доктриной о бессмертии души.

Пищевые ограничения на разных уровнях иерархии различались. Посвященные нижнего уровня могли есть любое мясо, кроме мяса пахотных быков и баранины. Потребление рыбы регулировалось гораздо более строгими правилами. Самым же известным и характерным пищевым табу был запрет на употребление бобов. Этот запрет объяснялся целым рядом причудливых причин, которые каким-то образом увязывали его с реинкарнацией: бобы странным образом соотносились с человеческим мясом, и их вкушение могло быть приравнено к акту каннибализма. Не менее специфичны и легенды о питании самого Пифагора.

Говорят, что при подготовке к медитации он ел пищу, которая быстро утоляла голод или жажду, или же вообще ничего не ел. В его рацион входили семена мака и кунжута, цветы нарцисса и листья мальвы, горох и ячмень. Для приготовления питья Пифагор смешивал семена огурца и виноград без косточек, куски сыра, муку и сливки и добавлял во все это лесной мед.

ЖЕРТВОПРИНОШЕНИЯ И РЕИНКАРНАЦИЯ

Жертвоприношения животных были одной из основ культа и религии древних греков. Поэтому неудивительно, что религиозность пифагорейцев выражалась в той же форме. Можно посчитать, что приношение в жертву животных идет вразрез с идеей реинкарнации, и чтобы разрешить это противоречие, некоторые авторы уверяют, что пифагорейцы совершали только бескровные жертвы, а другие прибегают к сложным объяснениям, призванным доказать, что души людей не могут вселиться в приносимых в жертву животных. В любом случае, повидимому, члены сообщества, стоящие на нижних ступенях посвящения, выполняли требования обычной для их времени религии и приносили в жертву животных, что иногда казалось нарушением предписаний учителя.

Греческая керамика, датированная прибл. V веком до н. э. Предположительно работа Эпидрома, на рисунке изображено жертвоприношение животных (Лувр, Париж).

ПИФАГОРЕЙСКИЕ МАКСИМЫ

Время Пифагора было эпохой, когда ценилось устное общение. Возможно, именно по этой причине, пользуясь словами греческого историка Плутарха (І-Π века), мудрец с Самоса «вообще ничего не написал, как и Сократ». Со временем, правда, некоторые авторы стали утверждать, что Пифагор увековечил свое учение в неких тайных писаниях. Одна из ветвей традиции приписывает ему три книги (об обучении, политике и природе), а другая обвиняет Пифагора, что он переписал их у Орфея. Самая известная легенда гласит, что в основе пифагорейства лежал священный текст, в котором были сформулированы тайные доктрины секты. С этого текста были сделаны копии, широко распространившиеся по всему греческому миру сразу после смерти Пифагора. Назывался он «Священная речь». Никаких достоверных свидетельств существования такого текста нет, так что вероятнее всего, что это — только легенда. В любом случае, во всех описаниях речей Пифагора после его прибытия в Кротон указывается, что его слова были восприняты как божественные, что вызвало немедленное присоединение к нему массы людей, составивших братство и разделивших между собой все свое имущество.

ЗОЛОТЫЕ СТИХИ

Философ-неоплатоник Ямвлих из Халкиды утверждал, что, согласно Филолаю из Кротона, в руки Платона попали некоторые тексты пифагорейцев. Среди них выделялась «Священная речь». С III века до н.э. были известны «Золотые стихи», которые, по легенде, восходили к «Священной речи» и в которых видели сочинение самого Пифагора. Этот краткий сборник включал 71 гекзаметр и на долгое время был канонизирован как этическая модель поведения, он дошел даже до эпохи романтизма, в частности был известен немецкому поэту Гете (1749-1832). Возможно, некоторые идеи, высказываемые в этом тексте, восходят к первоначальной секте Пифагора, как это бывает со всеми традиционными текстами.

«Гимн пифагорейцев восходящему солнцу», картина художника XIX века Ф. А. Бронникова (Третьяковская галерея, Москва).

«Пифагор выходит из подземного царства», картина Сальватора Розы, середина XVII века (Музей Кимбелла, Форт- Уорт).

Как мы уже видели, пифагорейское обучение происходило с помощью трудноистолковываемых символов сентенциозного и архаического характера. Как и слова оракулов, эти сентенции сложно было понять, но если к ним давался ключ для интерпретации, можно было разрешить загадку и узнать высшее предписание. Максимы, которые запоминали наизусть акусматики, представляли собой устные изречения, похожие на греческие религиозные установления или нормы мистерических религий, причем они делились на три вида.

— Определения, построенные в виде ответа на вопрос типа «что такое...»:

«Что такое дельфийский оракул? Это тетрактис»;

«Что такое Острова блаженных? Это Солнце и Луна».

— Определения, строившиеся по модели «что лучше»:

«Какое дело самое правильное? Жертвоприношение»;

«Что на свете самое мудрое? Число»;

«Что на свете самое прекрасное? Гармония»;

«Что на свете самое могучее? Знание»;

«Что на свете самое выдающееся? Счастье».

— Нормы поведения, которые указывали, «что следует и чего не следует делать»:

«Через весы не переступай» (не нарушай равенства и справедливости);

«Углей ножом не разгребай» (не возбуждай гнев и ненависть власть имущих);

«Помогай нести груз, а не накладывай его» (не делай так, чтобы кто-либо бросил начатое дело);

«Сердца не ешь» (не мучь душу тоской и горестями).

Один из ключей, помогающих пониманию связи между вопросом и ответом, представлял собой фундаментальный для пифагорейства концепт: тетрактис, набор из первых четырех чисел, дававший в сумме 10 — совершенное число, согласно последователям Пифагора.

ПИФАГОРЕЙСТВО И ПОЛИТИКА

В Древней Греции порой было невозможно отделить законодателя от образа божественного человека. Два классических случая — это Минос и Ликург, мифические законодатели Крита и Спарты. Минос дал законы Криту, получив их от самого Зевса, а Ликург был героем, от которого ведут начало законы Спарты, причем эти законы он заимствовал на Крите и в Египте, а впоследствии они были одобрены Аполлоном в святилище в Дельфах. Даже в законодательстве Солона Афинского, одного из семи греческих мудрецов и первого законодателя, отделившего политику от религии, есть следы такой связи: ведь согласно легенде, его политическую деятельность направлял дельфийский оракул. С другой стороны, то же место, которое в греческой традиции отводилось Миносу, в Древнем Риме занимал царь Нума Помпилий, а в еврейском мире — Моисей.

Законодатели-пророки были распространены по всему греческому миру, а в Южной Италии они стали культурной традицией, давшей таких мыслителей, как Парменид, Зенон и тот же Пифагор. Самосский мудрец был наглядным примером святого с политическим влиянием, законодателя с божественным вдохновением, основателя свода правил и универсальных предписаний. Сообщество, которое он основал, — где мужчины и женщины пользовались равными правами, имущество было общим, а образ жизни совместным — считается первым обществом с подобными особенностями, о котором нам известно.

Невозможно точно сказать, действительно ли Пифагор странствовал в поисках мудрости и в какой степени он посвятил свою первую школу, самосский Полукруг, проверке своих идей. В любом случае пребывание мудреца на Крите, о котором говорят некоторые из его биографий, с целью политического образования весьма вероятно и могло произойти во время его поездки по Греции, до прибытия в Кротон. Крит считался наиболее удачным местом для изучения законов, кроме того, он был для Греции той дверью, через которую в нее проникали идеи из Египта, представлявшего постоянный и древнейший образец для греческой культуры.

Греческая колонизация способствовала социальному согласию, поскольку позволяла опробовать в удаленных местах различные формы политической и религиозной утопии, подавлявшиеся господствующими классами существующих полисов. Пифагор покинул свой родной остров из-за политического климата, установившегося при тиране Поликрате, который, вероятно, был противником его проекта управления, основанного на духовных принципах.

Некоторые авторы утверждают, что Пифагор вынужден был бежать с острова из-за того, что успел там проявить себя на политической арене, так как, видимо, сограждане просили его возглавить некое сопротивление несправедливым законам тирана.

Начиная с этого момента различные источники рассказывают о визитах Пифагора к оракулам таких городов, как Делос, Дельфы, Спарта и Флиунт, где он, по мнению некоторых, попытался на практике осуществить свою идею утопического общества. В полисах Греции эти попытки потерпели неудачу, и тогда мудрец решил попытать счастья в греческих колониях Италии.

Какие мотивы побудили Пифагора выбрать в качестве своего пристанища город Кротон? Прежде всего, это был процветающий город, известный как родина многих атлетов — победителей Олимпийских игр, но еще более получивший признание как центр греческой науки, особенно медицины. Кротонские врачи путешествовали по всему греческому миру, а некоторые наиболее известные из них, такие как Демокед Кротонский (VI век до н.э.), предоставляли свои услуги и персидскому двору — наивысшее признание их искусства в понимании древних греков.

ГРЕЧЕСКАЯ КОЛОНИЗАЦИЯ

Между VIII и VI веками до н.э. происходила греческая колонизация Средиземноморья — процесс, который вызвал огромные изменения в греческих полисах. Отъезд групп граждан полисов в поисках новых территорий, где они могли бы основать поселения, решал проблемы недостатка продовольствия, регулировал численность населения и, в общем, позволял гасить политические и социальные конфликты. Процесс колонизации помогал развитию торговли и делал возможным импорт продуктов из более плодородных регионов, где их можно было производить в большем количестве и с меньшими затратами. Чтобы платить за ввоз продуктов питания, греческие города развивали ремесло: они изготавливали оружие, ткани и керамику, чтобы менять их на зерно, хотя и не пренебрегали сельским хозяйством, производя традиционные для Греции вино и оливковое масло.

ПИФАГОРЕЙСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Речи, произнесенные учителем после его прибытия в Кротон, должны были содержать некоторые идеи социально-политической вселенной пифагорейцев. Легенда гласит, что самые влиятельные лица города сразу же по прибытии мудреца доверили ему воспитание юношества с помощью этих новых идей. Пифагор выступил с четырьмя речами, представив в них свой кодекс поведения, установив основы этических и политических норм и очертив то, что затем станет пифагорейским образом жизни.

Первые две речи касались политических вопросов. Первую он произнес в гимназии, перед юношами Кротона. Он советовал слушателям уважать старших и богов и проводить политику, дружественную соседям. Впоследствии он обратился к совету старейшин, представив ему пифагорейскую идею политической гармонии и государства как наследства, которое необходимо тщательно сохранять с помощью большинства граждан и в целях большинства граждан.

Две следующие речи были сосредоточены на религиозном образовании. В речи, адресованной детям, была собрана информация о ритуалах. Последняя речь, произнесенная перед женщинами города, позволяет получить весьма важные сведения об отношении к женщине в пифагорейской секте. Понятно, что содержание этих речей противоречило заявленному принципу равенства в пифагорейском братстве, поскольку Пифагор определял политику как мужскую область деятельности, а с женщинами и детьми обсуждал исключительно религиозные вопросы.

ПОЛИТИЧЕСКАЯ ОРИЕНТАЦИЯ

Вплоть до нынешнего времени политическая ориентация пифагорейцев является предметом споров: была эта группа демократически или аристократически настроенной? Источники дают нам противоречивую картину: иногда Пифагор кажется поборником свободы, в других случаях, напротив, пифагорейцы выглядят элитарной группой, набиравшей членов из самых аристократических семей Кротона. С самого начала существования секты в ее адрес звучали самые разные обвинения в связи с ее политической платформой. В своей речи, обращенной к совету старейшин города, один из противников пифагорейцев утверждал, что те хотят подчинить себе народ, считая его за скот. Историк философии Диоген Лаэртский свидетельствует, в свою очередь, что кротонцы восстали против пифагорейцев, так как члены братства стремились к тирании. Следует, однако, принимать во внимание, что это обвинение в ту эпоху было весьма обычным делом и часто использовалось в качестве оправдания любого мятежа.

Однако существуют и другие сведения. Различные источники упоминают, что пифагорейцы считались образцом добродетели, им часто отводили роль арбитра, и граждане без сомнений подчинялись их решению. Ряд текстов представляет их политиками и законодателями, иногда в роли простых советников, иногда же — стоящих во главе некоторых городов Италии, однако всегда отказывающихся получать за это плату. К сожалению, сохранившиеся достоверные данные говорят только о деятельности Пифагора и его последователей в качестве политических советников в отдельных делах некоторых городов.

Сведений об этом много, и они противоречивы, но в целом исторические источники, кажется, сходятся в том, что среди пифагорейцев сильны были аристократические и элитаристские настроения, и этому трудно удивляться, учитывая модель их братства, построенного вокруг фигуры лидера с непререкаемым авторитетом. По-видимому, последователи Пифагора набирались из числа высших слоев общества. Они составляли ядро братства — 300 человек, наиболее близких к учителю, которые не только имели прямой доступ к его философским и политическим идеям, но и могли воплощать их на практике. По этой же модели строились и пифагорейские общества, которые начали появляться в других городах региона, таких как Сибарис, Метапонт или Тарент.

ПОЛИТИЧЕСКАЯ РИТОРИКА

По мнению некоторых авторов, политическая риторика родилась из четырех речей, которые Пифагор адресовал разным слоям кротонского общества. Легенда гласит, что в пифагорейской риторике использовалось огромное количество различных интонаций и способов аргументации, которые были направлены на разные типы аудитории, ведь целью речи было не только донесение до людей ее содержания, но и соблазнение душ посредством слова. Современному мышлению такой подход чужд, но чтобы понять ментальность древних греков, стоит вспомнить успех софистов Горгия и Протагора в демократических Афинах, где первейшим признаком мудрости считалось умение выбрать тон речи, более всего подходящий для конкретной аудитории.

Возможно, это поможет понять причины, которые привели к восстанию против пифагорейцев. В Древней Греции идея тирании была связана с тем, что правитель захватил власть силой, а не с его жестокостью, хотя рано или поздно тираны становились безжалостными владыками. Тирания стала политической системой, к которой стремились люди с авторитарными наклонностями. Таким образом, можно сказать, что пифагорейцы были обществом аристократического и антитиранического характера, ведь тирания могла быть установлена в результате реакционного народного мятежа.

ВОССТАНИЕ ПРОТИВ ПИФАГОРЕЙЦЕВ

В годы развития пифагорейской школы и распространения ее идей Кротон переживал период расцвета. Некий Милон, командующий триумфальным кротонским войском во времена Пифагора, был хозяином дома, где произошел легендарный пожар, ознаменовавший конец братства. Парадоксальным образом расцвет города закончился вместе с антипифагорейским мятежом. Закрытое элитарное сообщество пифагорейцев имело такой большой политический вес, что оказывало сильное влияние на всю Великую Грецию. Группа жителей Кротона объединилась вокруг Килона, человека с явным стремлением к тирании, и восстала против пифагорейского братства. После этого началось преследование пифагорейских объединений в других полисах в форме жестоких мятежей. Одновременное уничтожение правящего класса в ряде полисов положило начало ужасному периоду гражданских войн во всем регионе, и смена власти стала ежедневным явлением. Бунтовщики выступали не только против пифагорейцев, но и всей правящей аристократии. Однако в конце концов порядок был восстановлен.

Помимо восстания, конец политической деятельности пифагорейцев положила и смерть Пифагора в Метапонте. Братство более не возродилось ни как политическая организация, ни как сообщество людей с определенным образом жизни, хотя это и не значит, что оно бесследно исчезло: просто пифагорейцы никогда больше не собирались открыто. Некоторые известные члены группы, пережившие эти события (в их числе были Филолай и Архит), вернулись в свои города и занялись там политикой.

ГЛАВА 4 Вселенная чисел

Пифагор полагал, что числа представляют собой основу всего сущего, а мир гармоничен. Его самые талантливые ученики посвятили себя изучению свойств чисел и их соотношений и выстраиванию аналогий между числами и предметами вещественного мира. Воспетая ими магия чисел повлияла на всю античную эпоху и стала первым шагом математики как науки.

Пифагора Самосского многие считают отцом математики, наряду с некоторыми его современниками, такими как Фалес Милетский, вклад которого в развитие науки равен аристотелевскому. Не вызывает сомнений, что математика получила развитие в Месопотамии и Египте, свидетельства об этом датируются приблизительно 3000 годом до н.э. Но в действительности истоки этой науки уходят в еще более ранние времена. Математика появляется спонтанно как часть деятельности человека в его постоянной борьбе с окружающей природой, она дает одни и те же результаты в разных местах и в разные времена и удовлетворяет насущной необходимости для первобытного человека развивать инструменты для решения практических проблем. Чтобы оценить вклад пифагорейцев в математику, следует совершить путешествие в историю этой дисциплины и углубиться в гораздо более ранние эпохи, чем Древняя Греция.

СЧИТАТЬ И УПОРЯДОЧИВАТЬ

Первым этапом длинной дороги к концепции числа было осознание разницы между «много» и «мало», «большим» количеством и «маленьким», между единичным и множественным.

Следующий шаг — появление двоичных и троичных систем. Некоторые примитивные народы из чисел различали только 1, 2 и «много», другие же были знакомы и с большими числами, с которыми умели производить отдельные операции. Позже в некоторых культурах было введено в употребление единое основание системы счисления, к примеру 10, 20 или 5, чтобы не нужно было считать по одному.

Единицы

Десятки

Китайские «бамбуковые· цифры. Система счисления с основанием 10.

По большей части ранние цивилизации не воспринимали числа как абстрактные концепции. Они называли их словами, относящимися к исчисляемому объекту, и обозначали их полумагическими символами. Осознание различий между словами, обозначающими числа, и отдельными группами чисел представляло собой длительный процесс. Так, определенные «показательные» количества (пять пальцев на одной руке, десять — на двух руках) сыграли фундаментальную роль в том, как складывались арифметические операции или выбиралось основание для системы счисления. Эти народы знали четыре элементарных арифметических действия, которые они применяли весьма приблизительным образом, используя при этом только малые числа. Кроме того, они знали и дроби, чаще всего ограничиваясь 1/2, 1/3 или чуть больше, каждая из дробей обозначалась определенным словом. С большой вероятностью знали они и базовые геометрические понятия: прямая, круг, угол... Математические знания древности простирались настолько, насколько они удовлетворяли практической необходимости: простейшие расчеты при торговле, приблизительное вычисление площади полей, декоративные рисунки на керамике или ткани, а также измерение времени. В конечной стадии развития древнейших обществ отмечается «математический прогресс», который требует достаточно развитой способности к абстракции: появились такие понятия, как соотношение между абстрактными числами и конкретными вещами, дополнительная последовательность чисел и базовое число для системы счисления. Как бы то ни было, толчком для развития математики, как и для науки в целом, послужило появление городов. Около 10000 года до н.э. произошло решительное изменение в отношении людей к природе и друг к другу. Примитивные культуры мало-помалу оставляли традиционные занятия охотой и собирательством и принимались за сельское хозяйство, одомашнивали различных животных, начинали выращивать скот. В результате последовавшего разделения труда человеческое общество расслоилось на классы на основе сельскохозяйственного производства, появились частная собственность и государство. Новые, усложнившиеся потребности привели к развитию математических и астрономических знаний.

Во многих цивилизациях математика занимала важное место среди наук, делавших свои первые шаги, хотя наряду с такими цивилизациями продолжали существовать и культуры, не знавшие подобного прогресса. Конкретная форма и уровень знаний, связанных с сельским хозяйством, которыми обладали математики той эпохи, зависят от концепции мира, господствовавшей у того или иного народа. В целом знания аграрных обществ отвечали их нуждам, но не более того, их математика ограничивалась элементарными операциями с постоянными величинами.

СТРАНА МЕЖДУ ДВУХ РЕК

Месопотамия была первой древней цивилизацией, где математика получила серьезное развитие, пошедшее, благодаря шумерам, значительно дальше, чем это было в Египте. Первые математические тексты, дошедшие до нас, изображены на глиняных клинописных табличках и восходят к шумерской цивилизации города Урук. В них можно встретить математические результаты, присутствующие также в табличках древней Вавилонской империи, в том числе относящиеся к ее культурному расцвету, времени царя Хаммурапи, о котором здесь уже упоминалось. Около середины VI века до н.э. ахеменидская Персия под началом Кира Великого захватила власть на Ближнем Востоке. Некоторые халдейские математики той эпохи, такие как Набу-Риманни и Кидинну, стали известны грекам.

МЕСОПОТАМИЯ

Прилагательное «месопотамский» относится ко всем народам, обитавшим в обширном регионе «плодородного полумесяца», лежащем между реками Тигром и Евфратом и доходившем до Ливанских гор. Термин «Месопотамия» не относится к какому-нибудь конкретному городу, стране или культуре, а обозначает «страну между двух рек», Междуречье. Народы, жившие в этой области, построили такие города, как Вавилон, Ур, Урук, Лагаш... К счастью, несмотря на частую смену власти, развитие математики в Месопотамии шло непрерывно.

Междуречье находилось на перекрестке наиболее важных торговых путей, так что экономика оказывала огромное влияние на развитие древней арифметики. Месопотамские культуры использовали элементарные арифметические и алгебраические знания для измерения длин и весов, обмена деньгами и товарами, расчета прибылей, уплаты налогов, раздела земель и тому подобное. И в самом деле большая часть клинописных текстов, связанных с математикой, касается экономических вопросов. С другой стороны, рытье оросительных каналов и канализационных стоков тоже требовало множества вычислений. Использование кирпичей влекло за собой арифметические и геометрические проблемы, объемы зерновых амбаров также надо было рассчитывать.

Наиболее специфическая особенность вавилонской числовой системы — это то, что она была позиционной с основанием 60. Считается, что шестидесятеричная система развилась в связи с вавилонским способом измерения веса, а позиционная запись восходит к монетарной системе, но неизвестно, каким образом возникли обе эти особенности. Развитая позиционная шестидесятеричная оказалась весьма полезной и победила все остальные системы счисления древности. Эллинистические математики широко использовали ее для выполнения своих сложных расчетов, особенно в астрономии, где она была введена Птолемеем (прим. 100-170). От этой системы ведет начало разделение плоскости на 60 градусов, градуса — на 60 минут и минуты — на 60 секунд. Однако здесь есть и большое неудобство: таблица умножения доходит только до произведения 59 на 59. Подобная система имела большое практическое значение, но только при наличии пригодных таблиц умножения — и такие таблицы действительно были найдены.

Натуральные числа, записанные клинописью.

В Месопотамии использовалась шестидесятеричная система.

ПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА

Позиционная система счисления — это метод числовой записи, когда значение каждой цифры зависит от позиции, которую она занимает в последовательности. Система позволяет снизить количество цифр, необходимое для записи конкретного числа. Она определяется основанием, то есть количеством цифр, с помощью которых можно записать любое число. Существует огромное множество позиционных систем, и если их основание больше 10, то необходимо вводить дополнительные символы, кроме привычных нам 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9. Наиболее распространены сегодня система с основанием 10 (десятеричная система), принятая повсеместно, системы с основаниями 2 (двоичная), 8 (восьмеричная) и 16 (шестнадцатеричная), которые используются в информатике.

Культуры Междуречья достигли таких знаний в арифметике и алгебре, которые позволяли решать сложные уравнения, но в целом их математика оставалась на достаточно элементарном уровне. Они решали математическим путем конкретные практические задачи, однако демонстрировали определенную способность к абстрактной математике, знали, что определенные методы пригодны для решения определенных классов уравнений. Можно задаться вопросом: было ли в Месопотамии известно понятие математического доказательства? По всей видимости, несмотря на то что математики Междуречья умели решать сложные уравнения с помощью правильных систематизированных процедур, они ограничивались тем, что описывали конкретные шаги, которые надо сделать для их решения, и не приводили доказательств их правильности. Таким образом, в рамках месопотамской математики невозможно найти ни концепции доказательства, ни логической структуры, основанной на принципах, заслуживших всеобщее признание, ни каких-либо методологических выкладок.

РАЗЛИВЫ НИЛА

В Междуречье господствующие культуры часто сменяли одна другую, теряя свое влияние, в то время как египетская цивилизация оставалась неизменной тысячелетиями. Своего расцвета египетская культура достигла в эпоху Третьей династии, примерно к 2500 году до н.э., когда фараоны принялись за постройку великих пирамид. Учитывая, что папирус при старении и высыхании становится исключительно ломким, сохранились немногие документы Древнего Египта и иероглифические надписи на камне. Наиболее важные математические тексты, дошедшие до нашего времени, содержатся в двух больших папирусах: Московском папирусе и папирусе Ринда, которые мы уже упоминали. Оба восходят приблизительно к 1700 году до н.э., хотя они содержат гораздо более древние математические задачи. Первые слова папируса Ринда составляют заголовок и свидетельствуют о престижности данной дисциплины, с точки зрения автора папируса: «Точный счет: путь к знанию всех существующих вещей и всех самых удивительных и таинственных секретов». Эти документы касаются типичных математических задач и их решений, так что, по всей видимости, написаны они были в педагогических целях. Видимо, египтяне не делали никаких различий между арифметикой и геометрией, потому что в папирусах перемешаны задачи обеих дисциплин.

Часто говорят, что египетская геометрия родилась по необходимости, поскольку после разливов Нила приходилось всякий раз заново размечать границы земельных участков, обрабатываемых разными земледельцами. Однако известно, что такая же геометрия развилась и в Месопотамии, хотя там не было подобных разливов. Вероятнее, что египтяне имели тесные контакты с вавилонской цивилизацией, так как в Тель эль-Амарне, в долине Нила, были обнаружены глиняные таблички с клинописными текстами, датированные примерно 1500 годом до н.э.

Судя по задачам, изложенным в этих папирусах, египтяне использовали математику в государственном управлении и в храмовых хозяйствах при расчете жалования, объемов зерна, площади полей, уплате налогов, зависящих от размера земельных участков, при переводе различных систем измерения, подсчете количества кирпичей, необходимых для строительства. Кроме того, папирусы содержат задачи, касающиеся количества зерна, которое нужно для производства определенного объема пива, или количества зерна определенного качества, которое необходимо, чтобы получить тот же результат, что и с другим сортом зерна.

При изучении всех этих задач становится понятным, что египтяне располагали способами расчета площади прямоугольников, треугольников и трапеций. К сожалению, в случае с площадью треугольника, хотя они и умножали одно число на половину другого, невозможно узнать, насколько этот метод был правильным, потому что непонятно, означают использованные слова основание и высоту треугольника или же просто его стороны.

ТРЕУГОЛЬНИКИ АХМЕСА

Рассматривать иллюстрации в папирусе Ринда действительно увлекательно, так как здесь можно найти знакомые вещи, которые как будто уничтожают расстояние в тысячи лет, отделяющие писца Ахмеса от нас. Первый из нарисованных треугольников относится к 51-й задаче папируса.

В этой задаче надо найти площадь треугольника с высотой 10 шестов и основанием 4 шеста. Шест равнялся 100 локтям (египетский локоть состоял из 7 ладоней и равнялся 52, 3 см). Таким образом, размеры треугольника составляли 523 м в высоту и 209, 2 м по основанию. Из решения Ахмеса становится понятно, что имелся в виду равнобедренный треугольник, разделенный надвое высотой, а далее, опираясь на это, можно построить прямоугольник с такой же площадью.

Папирус Ринда — самая древняя книга с математическими текстами, дошедшая практически неповрежденной до нашего времени. Рисунок иллюстрирует задачу 51, где требуется найти площадь треугольника.

Фрагмент глиняной таблички ВМ 85194, на котором можно увидеть иллюстрацию расчета размера основания гробницы с круглыми стенами.

Рельеф на южной стене мастабы Птаххотепа и Ахухотепа, египетских сановников XXIV века до н. э. Перед изображенной фигурой, под столом, написаны египетскими цифрами количества различных продуктов, необходимых для жизни в потустороннем мире.

Фрагмент Московского папируса, где излагается задача об усеченной пирамиде.

Имели ли египтяне представление о доказательстве или проверке своих математических действий? Папирус Ринда написан как книга упражнений для учеников того времени, так что некоторые исследователи считают, что хотя Ахмес не сформулировал никаких общих принципов, весьма вероятно, что он их знал. В любом случае, в документе содержатся задачи, которые писец должен был решать в связи с торговыми и административными делами, и методы их решения были практическими правилами, усвоенными опытным путем. Видимо, у египтян не было дедуктивной практики, основанной на системе аксиом.

ИНДИЯ

Получить ясное представление о развитии математики в Древней Индии весьма трудно. С одной стороны, долгое время передача математических и научных знаний в ее культуре происходила в устной форме, с другой — политическая история Индии того периода полна различных событий. Около 4000 года до н.э. на территории нынешней Индии, в бассейне реки Инд, сформировалось классовое общество. Самыми важными городами этой культуры были Хараппа, Мохенджо-Даро, Кот-Диджи и Лотхал. Это были города-государства с развитой торговлей и ремеслами, которые установили торговые отношения с Центральной Азией, Месопотамией и Аравией. До сих пор не удалось расшифровать письменность этих культур, но археологические находки в регионе дают некоторую информацию об уровне математических знаний.

Древние индийцы использовали десятеричную систему счисления. Возможно, они умели пользоваться счетами для числовых операций — так, в Мохенджо-Даро были найдены остатки счетов. Из геометрических фигур они знали квадрат, прямоугольник, треугольник, круг, конус, цилиндр и куб. Нам известно, что они использовали переплетенные круги в качестве геометрического орнамента.

ДЕСЯТЕРИЧНАЯ СИСТЕМА

Десятеричная позиционная система и форма написания цифр стали, без сомнения, самым важным вкладом индийских математиков в развитие человечества. Индийская математика всегда использовала десятеричную систему счисления. В санскрите были специальные слова для цифр от 1 до 9 и для числа 10. Развитие этой системы стало возможным благодаря сочетанию двух благоприятных условий, которыми являются устойчивое использование в числовой системе девяти цифр и система традиционных десяток, определяемая систематической шкалой степеней 10. Что касается нуля, весьма важен тот факт, что индийские астрономы знали определенные знаки для пустого количества, свойственные шестидесятеричной вавилонской системе. В VI веке десятеричная система уже была широко распространена, а с VII века используется и ноль, который поначалу представлял собой точку, а затем маленький кружок. Индийцы называли ноль «сунья», то есть «пустой». Арабский перевод этого слова звучит как «аль-сифр», откуда происходит и наша «цифра». Так в названии графического изображения числа содержится отсылка к такому фундаментальному элементу, как ноль.

Таблица, показывающая развитие арабских цифр в Европе и в Индии, иллюстрация выполнена британским эрудитом XIX века Исааком Тейлором.

Узоры на вазах и рельефы показывают, что у них были представления о проекциях и подобиях, что они могли делить отрезки пополам и на равные части, разделять круги на две или четыре части и строить отрезки и сегменты окружности, концентрические круги и параллельные прямые. Однако мы не знаем, как они вычисляли площади и объемы элементарных геометрических фигур. С древнейших времен математика была в Индии в большом почете: культ чисел и буддизм находятся в тесной связи. Согласно традиции, Будда научился читать, писать и считать в возрасте примерно восьми лет. Позже, чтобы просить руки своей невесты Ясодхары, ему пришлось выдержать экзамен по математике и сосчитать, сколько атомов в просяном зерне. Для того чтобы найти решение, он изобрел способ расширения числовой последовательности: найденное гигантское число, если его записывать современным способом, равно 384 · 713.

Распространение математических знаний в Индии восходит ко времени появления религиозно-философских книг «Веды» во втором тысячелетии до нашей эры. К этим первым источникам относятся и так называемые «правила веревки», «Сулъвасутра», датированная периодом между VIII и II веками до н. э., которая содержит геометрические инструкции по постройке алтарей и использованию для этого веревок и бамбуковых шестов. Эти тексты демонстрируют определенные геометрические знания, среди которых определение площадей многоугольников, имеющее прямое отношение к теореме Пифагора, приблизительные расчеты диагоналей (например, √2) и тому подобное. В области пространственной геометрии древние индийцы умели вычислять приблизительный объем пирамиды и усеченной пирамиды, а также площадь поверхности конуса. Кроме того, в качестве числа π они использовали различные приближения, такие как 27/8 и 243/80.

ГРЕЦИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ НАУКА

В первых цивилизациях, в которых получила развитие математика, мы прежде всего находим арифметические действия с целыми числами и дробями, позиционную систему числовой записи, начала алгебры и некоторые полученные опытным путем геометрические формулы. Однако там практически не существовало абстракций и общих методологических принципов или идей о необходимости доказательства для подтверждения правильности операций. Эти народы, таким образом, не знали принципов теоретической науки и не считали математику самостоятельной дисциплиной, достойной изучения именно в качестве таковой. Для них она была только инструментом получения простых правил, который использовался в повседневной жизни лишь для решения конкретных задач.

Переломным периодом для основания математики в ее современном виде стала эпоха Древней Греции. Греческая цивилизация восходит ко второму тысячелетию до н.э. и развивается на территории нынешней Греции и Южной Италии, на севере Африки и в Малой Азии (где, возможно, лежат ее истоки). С самых ранних времен этот народ великих мореплавателей и искателей приключений завязал отношения с египтянами и вавилонянами и, хотя и заимствовал у своих соседей некоторые элементы культуры, сформировал самую оригинальную и могущественную цивилизацию своей эпохи, в долгосрочной перспективе оказавшую огромное влияние на всю западную культуру. Эпоха Древней Греции стала одним из самых блестящих периодов в истории науки.

Греки (ошибочно) считали египтян изобретателями науки, особенно в области землемерия, астрономии и арифметики. Многие греки ехали в Египет и Вавилон, чтобы изучать эти дисциплины. Такое влияние особенно сильно ощущалось в богатых торговых городах, таких как Милет в Ионии — греческой территории на побережье Малой Азии. В порты Милета прибывали корабли из европейской Греции, из Финикии и Египта, а караванные пути связывали город с Вавилоном. Именно здесь родились философия, математика и вообще большая часть греческой науки.

В дальнейшем классическая греческая математика развивалась в различных городах всего греческого мира, где группы мыслителей собирались вокруг одного мудреца. Получили широкое распространение центры обучения, каждый из которых основывался на опыте своих предшественников. В сущности, это тот же процесс, которому следует наука и в наши дни: когда ведущий ученый приходит в университет или научный центр, вокруг него обычно собирается группа других специалистов и молодых студентов. Ионийская школа была основана Фалесом Милетским, а двумя его учениками были Анаксимандр и Анаксимен. Как уже упоминалось в первой главе, легенда гласит, что Пифагор учился математике у Фалеса.

ФАЛЕС МИЛЕТСКИЙ

Фалес Милетский (ок. 630-545 до н.э.) — первый и самый известный из семи мудрецов Греции — этот титул греческая традиция присвоила семи персонажам, жившим в VII—VI веках до н.э. за их мудрость и знания в различных областях науки. На самом деле неизвестно, правда ли Фалес родился в Милете или у него были финикийские корни, как это утверждал Геродот, но его деятельность в Милете в качестве купца и затем законодателя, математика и астронома подтверждается источниками. Часть его торговой деятельности разворачивалась в Египте, где он, по видимости, приобрел некоторые математические познания. Согласно традиции, Фалес предсказал лунное затмение 8 мая 585 года, но, учитывая уровень астрономических знаний того времени, поверить в это трудно. Когда Аристотель наградил его титулом «отца греческой философии», он, вероятно, имел в виду, что Фалес основал ионийскую философскую школу. Без сомнения, вопросы, которые ставил Фалес (например, о сущности вещей и о принципах движения), затрагивали основные темы философии и ознаменовали историческое начало ее зрелого периода.

Бюст, изображающий Фалеса Милетского, Капитолийские музеи, Рим.

Кроме философской деятельности, Фалесу приписывают множество научных свершений, таких как открытие силы притяжения магнита и статического электричества, но особый интерес вызывают его предполагаемые математические результаты. Согласно легенде, во время торгового путешествия в Египет он вычислил высоту пирамид по их теням, которые сравнивал с тенью своего посоха. С помощью принципа подобных треугольников, то есть таких, которые имеют одинаковые углы и пропорциональные стороны, он рассчитал также расстояние от берега до лодки. Но кроме всего прочего, Фалесу приписывают дедуктивные доказательства нескольких знаменитых теорем, которые, согласно традиции, использовались уже давно, но сформулированы и доказаны были только тогда.

Доходило и до утверждений, что именно он сформулировал и доказал саму теорему Пифагора. Как бы то ни было, Фалес дал свое имя двум важнейшим теоремам:

— первая теорема Фалеса: если провести в треугольнике прямую, параллельную любой из его сторон, получившийся треугольник будет подобен заданному (см. рисунок 1);

— вторая теорема Фалеса: если взять точку В, лежащую на окружности с диаметром АС и не совпадающую с А и Су треугольник АВС будет прямоугольным (см. рисунок 2).

РИС. 1

РИС. 2

Однако Фалесу приписывают достижение куда более значительное, чем перечисленные теоремы: считается, что именно он превратил математику в абстрактную науку. В точности подтвердить это мнение невозможно, так как наука в ее современном виде возникла только в XVI веке, в ходе научной революции, однако нет сомнений, что трем великим милетцам — Фалесу, Анаксимандру и Анаксимену — математика обязана первыми своими шагами.

Молчание документальных источников свидетельствует об интеллектуальном бесплодии Ионии со времени смерти философа Анаксимена ок. 524 года до н.э. и до взятия Милета персами в 494 году до н.э. Милетская школа, однако, не исчезла. Великие милетские идеи и открытия оказали огромное влияние на последующих мыслителей, даже если они шли иными путями. Самая близкая в хронологическом смысле к милетской школе фигура — это Пифагор, и действительно, история науки считает, что именно пифагорейцы переняли наследие милетцев. Как было сказано ранее, мы не знаем, что именно мы можем отнести к достижениям Пифагора, а что — к результатам его учеников, так что когда речь заходит о математической деятельности пифагорейцев, на самом деле имеется в виду вклад всей группы вплоть до 400 года до н.э. Из числа пифагорейцев более всего выделяются Филолай (ок. 470-385 до н. э.) и Архит (ок. 435-347 до н. э.).

СВЯЩЕННОЕ ЧИСЛО

Математические и геометрические концепции всех доэллинистических цивилизаций были связаны с материей. К примеру, для египтян прямая представлялась натянутой веревкой или бороздой в земле. Первый большой вклад греков в математику — признание того, что математические объекты, числа или геометрические фигуры — это абстракции, идеи, производимые разумом, не связанные с физическими объектами. Тем не менее можно утверждать, что они не всегда придерживались этого взгляда.

Глава V книги I «Метафизики» Аристотеля посвящена в значительной части пифагорейцам и описывает их учение о числах. В сущности, именно на текст Стагирита опираются специалисты при составлении мнения о пифагорейской философии. Указанная глава содержит ясное и точное ее описание, ставшее классическим:

«...так как, далее, они видели, что свойства и соотношения, присущие музыкальной гармонии, выразимы в числах; так как, следовательно, им казалось, что все остальное по своей природе явно уподобляемо числам и что числа — первое во всей природе, то они предположили, что элементы чисел суть элементы всего существующего и что все небо есть гармония и число. И все, что они могли в числах и гармониях показать согласующимся с состояниями и частями неба и со всем мироустроением, они сводили вместе и приводили в согласие друг с другом...»[1 Перевод А. В. Кубицкого.]

РИС.3

РИС. 4

То есть когда первые пифагорейцы говорили, что все предметы состоят из чисел или что числа — сущность Вселенной, они буквально это и имели в виду. Несмотря на все различия, можно сказать, что пифагорейцы воспринимали числа так, как современная наука воспринимает атомы. Что конкретно они подразумевали, когда говорили «число»? Сами пифагорейцы использовали три определения: число — это «ограниченная множественность», это «комбинация или скопление единиц», это «перетекающее количество». Это «скопление единиц» представлялось с помощью камешков, с помощью которых обозначались формы. Некоторые авторы указывают, что пифагорейцы VI и V веков не делали различия между числами и геометрическими точками, которые они считали маленькими шарами. В действительности представление числа как линии, состоящей из точек, последовательности значков или камней, расположенных так, чтобы образовывать правильные формы, — это особенность куда более древняя и примитивная, пришедшая из глубины веков, придающая арифметике геометрическую форму, и с ней Греция была хорошо знакома. Не напрасно общее для многих европейских языков слово «калькуляция» происходит от латинского calculus — камешек, с помощью которого производятся вычисления, и мы и сегодня говорим о «квадратах» и «кубах» чисел, а эти термины берут начало в пифагорейском геометрическом представлении числа.

Одна точка была началом всех вещей, у нее не было измерений; две точки задавали прямую и составляли первое измерение; три точки, соединенные линиями, представляли собой треугольник и задавали плоскость с двумя измерениями, а четыре точки, не лежащие на одной плоскости, формировали тетраэдр — трехмерную фигуру (см. рисунок 3).

Этот принцип применялся и для создания геометрических фигур. Оставалось только составить арифметическую прогрессию, с помощью которой ряд «точка — прямая — треугольник — тетраэдр» превращался в ряд «точка — прямая — квадрат — куб» (см. рисунок 4). В своей геометрической концепции числа пифагорейцы различали точки, комбинации которых составляли следующие единицы все более возраставшей сложности: точки образовывали линии, линии — плоскости и поверхности, а поверхности — объемные фигуры. И тем не менее следующий шаг выглядит дерзким и представляется странным для современного восприятия. Для пифагорейцев сам космос был естественной последовательностью чисел. Так как числа были тем средством, с помощью которого проявлялась реальность, то знание их свойств и отношений было равно знанию механизма Вселенной — механизма, магическим образом гармоничного, как показывали невероятные свойства чисел, открытые математикой. В рамках этого «числового мистицизма» математик был одновременно теологом, которому предстояло открыть божественный порядок. В этом метафизическом представлений отражается сочетание Пифагора-теолога с его магическим образом мыслей и Пифагора-ученого с его логическим мышлением, которое делает этого мудреца магом чисел.

ПИФАГОРЕЙСКАЯ ДЕКАДА

Изучение пифагорейцами чисел началось как духовное искание, в чем-то схожее с еврейской каббалой, где каждое число имеет символический смысл, который придает ему магические свойства и даже жизненную силу. Десять пифагорейских чисел, не включающие ноль, составляли декаду.

Единица была прародительницей всех чисел, ведь из единиц можно составить любое число (последовательным сложением). Пифагорейцы называли ее монадой и считали бесконечным источником, из которого рождается все сущее. Речь не шла о собственно универсальном числе. Единица символизировала причину, определенную стабильность вещей. Логически она ассоциировалась с нечетным и, что менее понятно, с правой стороной. Использовалась она и как символ арифметического постоянства:

(1· 1 = 1, 1/1 = 1, 11 = 1).

Двойка означала дуализм, различие, неопределенность. Пифагор называл ее диадой. Она символизировала материю, несовершенство и контраст. Из нее проистекало вечное изменение и творение, поэтому она считалась женским началом. В математическом смысле она ассоциировалась с четным и с делением. Называли ее и «первым возрастанием», потому что она формировалась как 1 + 1. Ею вводилось первое измерение — длина, но без ширины и высоты, измерение несовершенное, потому что из двух точек или двух линий невозможно построить никакую фигуру. Двойку связывали с левой стороной.

ПЕНТАЛЬФА

Мистическая пентаграмма, или пентальфа, представляет собой пятиконечную звезду. Пифагорейцы использовали эту тайную эмблему, чтобы отличать своих, а многочисленные удивительные свойства сделали ее одной из наиболее важных для братства фигур. Самое удивительное в пентаграмме то, что ее можно нарисовать, начиная с одной точки и ни разу не проходя дважды по одной стороне. Фигура получается из диагоналей правильного пятиугольника или путем продолжения его сторон.

Тройка, триада, возникала при взаимодействии монады и диады: (1 + 2) = 3. Поэтому она считалась символом совершенства, гармонии между единством и различием, и по этой причине воплощала мужское начало. С ней связывали идею времени, считая ее синтезом начала-середины-конца или прошедшего-настоящего-будущего. Из этого сакрального аспекта проистекает ритуальное обыкновение повторять некоторые жесты и действия по три раза. Тройка открывала второе измерение.

Четверка была одним из ключей к природе человека. Она обозначала неумолимый вселенский закон, так как (4 = 2 + 2). Она была одновременно причиной и следствием тех групп из четырех элементов, которые можно было найти в природе, таких как стихии (земля, вода, огонь и воздух), стороны света или времена года; но ей было подчинено и пифагорейское деление математических дисциплин (арифметика, музыка, геометрия и астрономия), откуда берет начало средневековый квадривиум. Четверка была квадратом первого четного числа и считалась обладающей совершенством и гармонией, так как (2 + 2 = 22). Именно она открывала третье измерение.

Пятерка — это союз диады и триады, женского и мужского начал и, таким образом, символ брака (2 + 3 = 5) и божественного треугольника (З2 + 42 = 52). Пять было и правильных тел, грани которых представляют одинаковые многоугольники: тетраэдр (4 треугольника), гексаэдр, или куб (6 квадратов), октаэдр (8 треугольников), додекаэдр (12 пятиугольников) и икосаэдр (20 треугольников). Кроме того, пятерка представляла собой геометрический центр девяти чисел декады 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, так что на равных расстояниях от нее находились: 1 и 9, 2 и 8, 3 и 7, 4 и 6. Огромная важность этого числа сделала его пифагорейским гербом.

Еще более священным, чем пятерка, было число 6, символ зарождения и семьи, так как шестерка предполагала союз мужского и женского начал через произведение (6 - 2 · 3). Это число было полно мистики, потому что из него складывались временные интервалы между реинкарнациями. Кроме того, оно представляло площадь божественного треугольника 3-4-5. Но важнее всего было то, что шестерка была первым совершенным числом — об этом типе чисел мы поговорим ниже.

Семерка была « девой без матери», потому что она не могла быть порождена никаким из чисел декады и, в свою очередь, не могла породить никакое из них. Семь ассоциировалось со здоровьем и светом, существовало семь музыкальных нот и семь звезд, давших название дням недели. В геометрическом смысле это число было уникальным, поскольку круг невозможно было разделить на семь равных частей никаким известным построением.

Число 8 символизировало дружбу, полноту и размышление. Значение восьмерки выражалось в ее влиянии на весь космос посредством восьми сфер, которые можно было увидеть с Земли: сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и неподвижных звезд. Это было первое кубическое число (23), а его полнота происходила из суммы двух равных квадратов (8 = 4 + 4).

Девятка была символом любви и беременности, так как обычно беременность у женщины длится девять месяцев. Связывали ее и с идеей справедливости, потому что ее множители равны (9 = 3 · 3). Это первый квадрат нечетного числа (32).

В этом клянусь тебе Тем, Кто вложил в нашу душу тетрактис, Символ божественной сущности и добродетели высшей!

Клятва пифагорейцев, приведенная в «Золотых стихах»

И наконец, число 10 было символом Бога и Вселенной. Так как первые четыре числа выражали для пифагорейцев тайну музыкального ряда, их сумма (10 =1 + 2 + 3 +4) считалась совершенством, синтезом самой природы числа во всей ее полноте. Математический смысл числа 10 безграничен: оно содержит в себе одинаковое количество чисел четных и нечетных и одинаковое количество составных чисел (4, 6, 8, 9, 10).

Как начало и основа всех вещей, десятка была наивысшим выражением мистической нумерологии пифагорейцев. Ее представляли в виде 10 точек или камешков, сложенных в форме равностороннего треугольника (см. рисунок 5). Эта анаграмма, визуальное и геометрическое представление, получила название «тетрактис декады». Слово тетрактис означает «четверня», что указывает на его строение с основанием 4, и это позволяет понимать тетрактис как «базовая четверка». Тетрактис имел мистический смысл, наподобие пенталъфы, и использовался при произнесении пифагорейской клятвы.

МНОГОУГОЛЬНЫЕ ЧИСЛА

Пифагррейская манера представлять числа с помощью точек или камешков породила их классификацию в соответствии с формой, в которые укладывались эти камешки. Таким образом, «многоугольные числа» ассоциировались с формой правильных многоугольников, что придало им новые свойства.

РИС. 5

РИС. 6

РИС. 7

РИС. 8

РИС. 9

РИС. 10

Этот вид геометрической алгебры стал предшественником сегодняшней символической алгебры. Так, числа 1, 3, 6, 10, 15... определялись как треугольные, потому что соответственное количество точек можно было уложить в равносторонние треугольники (см. рисунок 5).

Четвертым треугольным числом было сакральное 10, и даже его форма выражала удивительное свойство его «четверности», ведь, как можно заметить на рисунке 5, у него по четыре точки на каждой из сторон. Пифагорейцы показывали, что суммы 1, 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + + 3 + 4, 1 + 2 + 3 + 4 + 5 давали в результате треугольные числа. В целом

1 + 2 + ...+ n = n · ((n + 1)/2).

Числа 1, 4, 9, 16, 25... считались квадратными, так как их точки укладывались в квадраты (см. рисунок 6). Они составлялись из серий нечетных чисел:

1.4 (1 + 3), 9 (1 + 3 + 5), 16 (1 + 3 + 5 + 7), 25 (1 + 3 + 5 + 7 + 9)... Составные (то есть не простые) числа, не составлявшие правильных квадратов, назывались продолговатыми.

Кроме того, существовали числа пятиугольные, 1, 5, 12, 22, 35..., которые складывались в пятиугольники (см. рисунок 7). Они формировались из серии 1, 4, 7, 10, 13... таким образом:

1.5 (1 + 4), 12 (1 + 4 + 7), 22 (1 + 4 + 7 + 10), 35 (1 + 4 + 7 + 10 + 13)... Пятиугольное число n:

(3n2 - n)/2.

Понятно, что шестиугольные числа складывались в шестиугольники: 1, 6, 15, 28, 45... (см. рисунок 8). Они формировались из серии 1, 5, 9, 13, 17... следующим путем: 1, 6 (1 +5), 15 (1 + 5 + 9), 28 (1 + 5 + 9 + 13), 45 (1 + 5 + 9 + 13 + 17)... В целом это 2n2 - n.

При таком геометрическом представлении становились заметны некоторые свойства целых чисел. К примеру, если провести прямую внутри квадратного числа, как показано на рисунке 9, становится понятно, что сумма двух последовательных треугольных чисел составляет квадратное число. Можно доказать правильность этого утверждения в целом, хотя и невероятно, чтобы сами пифагорейцы могли прийти к подобному доказательству, которое мы представим в современной нотации:

(n(n+1))/2+((n+1)(n+2)/2) = (n+1)2

Чтобы перейти от одного квадратного числа к следующему, пифагорейцы следовали схеме, представленной на рисунке 10. Они объединяли точки справа и снизу ломаной под прямым углом линией, которая называлась гномон, что значит «плотницкий угол». Гномон образовывали точки на границе квадрата, количество которых увеличивалось на два с каждым переходом к следующему квадратному числу. Если к любому квадратному числу прибавить его гномон плюс два, мы получим следующее квадратное число. Таким образом, пифагорейцы узнали, что n2 + (2n + 1) = (n + 1)2. Кроме того, если, начиная с 1, прибавлять гномон 3, затем гномон 5 и так далее, то получится, что 1 + 3 + 5 + ... + (2n + 1) = n2.

КЛАССЫ ЧИСЕЛ

Пифагорейский мир чисел был очень богат. Пифагор и его последователи различали разные типы чисел, которые они скрупулезно классифицировали и приписывали им нравственные и физические характеристики. К примеру, нечетные числа были мужскими, а четные — женскими. Некоторые числа были дружественными друг другу и сочетаемыми, иные же — зловредными и неспособными к отношениям с другими. Числа могли приносить человеку несчастья. Результатом этой классификации стала запутанная интеллектуальная конструкция, которую можно понять, только встав на позицию пифагорейской мистики. В Книге VII своих «Начал» Евклид попытался объяснить весь этот пифагорейский мир и представить его с максимально возможной ясностью. Категории и определения, приводимые ниже, основаны на данных этого великого геометра.

Первым большим семейством чисел были четные и нечетные, определение которых, данное пифагорейцами, бесспорно: четное число может быть поделено на две равные или неравные части (исключая диаду, которая делится единственным способом), и эти части будут, в свою очередь, представлять собой четные или нечетные числа. Нечетное число может быть разделено лишь на две неравные части — одна из них будет четным числом, вторая — нечетным. Эти типы чисел делятся, в свою очередь, на четыре класса:

— четно-четные: их половина представляет собой четное число;

— нечетно-четные: их половина нечетная;

— четно-нечетные: такие, которые, будучи разделены на нечетное число, дают четное число;

— нечетно-нечетные: имеют только нечетные делители.

Далее числа делились на несоставные и вторичные — так пифагорейцы называли простые и составные числа. В конечном счете речь идет о числах, служащих делителями или множителями других чисел. Для большей ясности ниже приводятся современные определения, потому что их оригинальное пифагорейское определение слишком запутано:

— простое (несоставное) число — это такое, которое делится только на единицу и на себя само;

— составное (вторичное) число — это то, которое не является простым;

— соотношения между простыми числами таковы, что у них есть только один общий делитель — единица;

— соотношения между составными числами подразумевают, что у них есть общие делители, отличные от единицы.

Дальше следовали линейные, плоские, объемные, квадратные и кубические числа. Линейные не имеют делителей; плоские — это произведение двух чисел, которые составляют их стороны; объемные — произведение трех чисел, являющихся их сторонами; квадратные представляют собой произведение одного числа на само себя; кубические — двойное произведение числа на самого себя. К этим типам можно прибавить числа продолговатые, которые отличаются от плоских на единицу. Совершенными числами называли те, которые являются суммой своих делителей, включая 1, но исключая из делителей само число: например, 6 имеет делители 1, 2 и 3. Греки знали только четыре совершенных числа. Кроме 6 это еще 28 (= 1 + 2 + 4 + 7 + 14), 496 (= 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 31 + 62 + 124 + 248) и 8128 (= 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 127 + 254 + 508 + 1016 + 2032 + 4064). В наши дни мы знаем 43 таких числа, все они четные. Неизвестно, существуют ли нечетные совершенные числа, а также конечно ли их количество.

Кроме совершенных, различали еще избыточные и недостаточные числа: те, которые превосходят сумму своих делителей, являются избыточными, а те, которые меньше такой суммы — недостаточными.

Два числа называются дружественными, когда каждое из них равно сумме делителей другого. Из таких чисел пифагорейцы знали только 220 и 284.

— 220 = 1 + 2 + 4 + 71 + 142 (сумма делителей 284).

-284 = 1 + 2 + 4 + 5 + 10 +11 + 20 + 22 + 44 + 55+110 (сумма делителей 220).

Кроме числовых отношений, использующих эту классификацию, пифагорейцы изучали и различные соотношения и пропорции, в которых, по их мнению, и состояла красота — например, среднее арифметическое, среднее геометрическое, среднее гармоническое... Если есть два числа р и q, то их среднее арифметическое А — это

(p + q)/2

среднее геометрическое G — √(pq), а среднее гармоническое Я, которое обратно среднему арифметическому 1 /р и 1 /q, это

2pq/(p+q)

Следовательно, можно доказать, что G — это среднее геометрическое от А и Н; то есть что среднее геометрическое двух чисел является средним геометрическим их среднего арифметического и среднего гармонического. Сводящая все три величины пропорция

A/G = G/Н

получила название совершенной пропорции из-за ее простоты, а пропорция

p/(p+q)/2 = 2pq/(p+q)/q

названа музыкальной пропорцией из-за красоты формулировки.

ГЛАВА 5 Гармония Вселенной

Отыскивая математическое основание музыкальной гармонии, пифагорейцы стали первыми, кто применил математику для описания законов природы. Связь, которую они установили между арифметикой, геометрией и музыкой, превратила музыкальное искусство в раздел математики. Кроме того, перенося на космос музыкально-числовые соотношения, они создали космологию, в которой движение звезд вызывало музыкальные звуки, находящиеся в совершенной гармонии: это была «музыка сфер».

Предшествующие греческой цивилизации культуры воспринимали природу как хаотический и пугающий мир. Однако около 600 года до н.э. начало складываться новое интеллектуальное направление рационального и критического характера, сформулировавшее идею природы упорядоченной и правильно устроенной, секреты которой человеческий разум может познать.

Вероятно, именно ионийские философы первыми попытались определить первооснову всего сущего, которой они считали некую субстанцию, остающуюся неизменной в чреде всех видимых изменений. Новое направление мысли развивалось медленно, в маленьких группах интеллектуалов, и продолжало оперировать мифологическими категориями и следовать старым ритуалам, которые укоренились в культуре представителей этого направления и среди большинства населения.

В целом эти первые греческие интеллектуалы не уделили достаточно времени тому, чтобы объяснить причины и мотивы, которые привели их к созданию теорий, а сосредоточились на их изложении с максимальной дедуктивной строгостью. У современных историков науки слишком мало источников для точного объяснения, почему именно греки стали развивать такие мощные инструменты науки, как математика. Возможно, мотивом было желание постигнуть законы физического мира: их исследования в области астрономии, оптики и музыки ставили такие задачи, которые послужили сильным импульсом к развитию математики и применению ее в этих областях.

Гравюра по дереву из «Музыкальной теории», труда композитора и исследователя музыки эпохи Возрождения Франкино Гаффурио (1492). На первом рисунке изображен библейский персонаж Иубал, «отец всех, кто играет на гуслях и свирели», остальные три рисунка изображают музыкальные эксперименты Пифагора.

Первой значительной группой, развивавшей математический взгляд на природу, была пифагорейская секта. Нет никаких сомнений, что их религиозные воззрения были мистическими, но философия природы была совершенно рациональной. Членов группы поражало, что различные явления, качественно отличающиеся друг от друга, демонстрируют одинаковые математические свойства. Они считали, что эти свойства должны быть первоосновой всех явлений. И так как они воспринимали числа как точки или как элементарные частицы материи, то число и было материей, формой существования Вселенной и причиной любого явления.

ПИФАГОРЕЙСКАЯ МУЗЫКА

Само слово «музыка» берет начало от греческого термина musika, что значит «имеющее отношение к музам». В греческой мифологии музы были богинями — покровительницами музыки, танца, астрономии и поэзии. Можно сказать, что музыка эфемерна и существует только в памяти: она развивается во времени и неуловима. Эти ее качества, среди прочих, придают музыке несколько магический оттенок, который заставил человека использовать ее в своих ритуалах с древнейших времен и сделал ее важнейшим компонентом религиозного культа. Музыка заняла в космосе Пифагора и пифагорейцев центральное место.

Согласно легенде, идя однажды по дороге, мудрец с Самоса услышал удары молота, доносившиеся из кузницы. Он подошел поближе и увидел, что звук рождается из вибрации металла под ударами инструмента; более длинные куски издавали более низкие звуки. После этого наблюдения он стал ставить эксперименты с колоколами и кувшинами с водой и занялся изучением вибраций струн на лире и монохорде — инструменте с одной струной, изобретение которого приписывают Пифагору, — пока не открыл общих отношений между длиной вибрирующего участка струны и высотой звука.

Вероятнее всего, все происходило не так, как рассказывает легенда, хотя во многих источниках Пифагор действительно именуется изобретателем музыкального искусства, которому он приписывал благотворное влияние на людей. Ученый изучал законы акустики и первый нашел отношения между числами и гармоническими звуками, то есть теми, одновременное звучание которых приятно для слуха. Он оставил миру первую математическую теорию музыки и тем самым сделал шаг в направлении устранения произвольных суждений в исследованиях природы и к сведению хаоса к понятной и упорядоченной модели. Перевод музыки в числовые соотношения стал возможен, когда были установлены два факта:

— звук, получаемый при щипке струны, зависит от длины струны;

— гармонические звуки производятся при равном натяжении струн, соотношение длин которых выражается целыми числами.

Пифагорейцы тщательно изучали звуки единственной струны монохорда, изменяя ее длину так, как прижимаются струны на современной гитаре. Варьируя длины струны, они получали разные музыкальные ноты. Чем короче струна, тем выше была нота. Затем, при сравнении пары звуков, произведенных струнами различной длины, они открыли нечто удивительное: деление длинной струны на малые числа — надвое, на одну треть, на две трети от первоначальной длины — производило гармонично сочетающиеся звуки, то есть звуки, приятные для слуха. Таким образом, длины струны, соответствующие каждому гармоническому сочетанию звуков, можно выразить соотношением целых чисел. Благодаря этому наблюдению пифагорейцам удалось выстроить математическую модель физического феномена, опираясь, прежде всего, на свое эстетическое чувство — нечто похожее на то, что произошло с золотым сечением в рамках формирования концепции красоты в эпоху Возрождения.

Гармонические отношения, интервалы, которые нашли пифагорейцы, сегодня изучаются в каждой музыкальной школе:

— октава: самый простой интервал, который получается, если струну прижать на середине ее длины или же ущипнуть две с равной силой натянутые струны, одна из которой вдвое короче другой. Это соотношение в числовом виде выражается как 2:1. На музыкальном языке «интервал между двумя одинаковыми нотами составляет октаву»: например, это расстояние между нотой до и следующим до;

— квинта: это такое гармоническое отношение, когда струна прижимается в точке, находящейся на одной трети от всей длины струны, или же когда звучат две струны с соотношением длин 3:2. В этом случае более короткая струна производит ноту на квинту выше, чем более длинная (к примеру, интервал между до и соль)]

— кварта: сочетание, в котором струна зажимается на расстоянии одной четверти всей длины или же когда звучат две струны с соотношением длин 4:3, и тогда на музыкальном языке говорят об интервале кварта (скажем, интервал между до и фа).

Октава,квинта и кварта — три музыкальных интервала, открытые пифагорейцами, — показаны в соотношении к соответствующим частям полной длины струны.

Таким образом, музыкальные интервалы в зависимости от пропорций деления струны, выраженных в формуле

(n+1)/n

гармоничны и приятны для слуха. На основании этого факта пифагорейцы заявили о существовании прямой связи между числом и гармонией. Они составляли свои звуковые ряды, основываясь на простых числовых соотношениях между различными звуками. Так, пифагоров ряд базируется на двух самых простых интервалах — октаве с соотношением 2/1 и квинте с соотношением 3/2. Пифагорейцы получали различные ступени звукоряда, связывая квинты и прибегая к тому, что называется перенесением на октаву, то есть деля и умножая на 2, чтобы расположить получаемые ноты в необходимом порядке.

Этот процесс выглядит так (взяв за первый звук до, можно получить подобным образом весь звукоряд начиная с любой ноты). Прежде всего высчитывается первая восходящая квинта для получения соль. Следующая восходящая квинта даст нам ре, а далее — ля, ми и си. Отсчитав теперь нисходящую квинту от начального до, мы получим фа. Таким образом строятся семь нот звукоряда:

фа ← до → соль → ре → ля → ми → си.

Продолжая откладывать квинты, можно получить 12 звуков хроматической гаммы, которая называется также додекафонической, потому что содержит 12 полутонов западного темперированного звукоряда. Это наиболее используемая система гармонического строя в западной музыке. Она основывается на темперированном полутоне, который равен 1/12 части октавы и в числовом выражении составляет корень 12-й степени из двух. Он, в свою очередь, делится на 100 центов (цент — это сотая доля полутона),

соль |>← ре |>→ ля |>← ми |>← си |>← фа ← до → соль → ре → ля → ми → си → фа #,

ЦЕНТ

В музыке цент — безразмерная логарифмическая единица отношения двух частот или значений границ музыкального интервала. Цент равен 1/100 полутона — это настолько малое значение, что оно находится за пределами человеческого восприятия. С учетом того, что 12 полутонов составляют одну октаву, цент — это такое число, что:

(с100)12 = 2 => с1200 = 2 => с =1200√2.

где символы бемоль (|>) и диез (#) обозначают, соответственно, звуки на полтона ниже или выше обозначенных. Получив 12 нот с помощью откладывания квинт, достаточно будет расположить звуки в пределах одной октавы путем перенесения на октаву.

ЗВУКОВАЯ МАТЕМАТИКА

После изложения необходимых предварительных принципов можно определить положение каждой ноты с помощью умножения квинт и перенесения на октаву, учитывая, что (напоминаем) значение пропорции частот будет 1 для отношения ноты до к самой себе и 2 — для отношения до и до следующей октавы. Прежде всего, определяется нота соль, которая отстоит на квинту от до:

соль = 3/2 от до

или, проще:

соль = 3/2.

Далее определяется ре, которое находится на квинту от соль. Она получается умножением на 3/2 и перенесением на октаву, то есть умножением на 1/2 или делением на 2. Расстояние от до до ре называется тоном. Тон — типичная дистанция между двумя нотами в темперированной системе, соответствующая одной седьмой октавы и, логичным образом, делящаяся на два полутона. Выполнив простейшие умножения, мы получаем интервал от до до ре:

ре = соль · 3/2 · 1/2 ре = 3/2 · 3/2 · 182 ре = 9/8.

22 222 8

После этого так же определяется ля, отстоящее от ре на квинту:

ля = ре · 3/2 ля = 9/8 · 3/2 · 1/2 ля = 27/16.

Ми находится через квинту от ля, но необходимо перенесение на октаву:

ми = ля · 3/2 · 1/2 ми = 27/16 · 3/2 · 1/2 ми = 81/64.

Ряд завершается си, отстоящим на квинту от ми, и фа, на квинту вниз от до, перенесенного на октаву вверх (то есть умноженного на 2). Так образуется то, что в наши дни известно как квинтовый круг, представленный на рисунке.

Таким образом, если принять для до значение 1 получается следующая таблица. 

Нота До Ре Ми Фа Соль Ля Си До Соотношение частот 1 9/8 81/64 4/3 3/2 27/16 243/128 2 

Этот процесс можно продолжать далее для определения нот, обозначенных на фортепьяно черными клавишами, или бемолей, продвигаясь вниз по квинтам, начиная с фа.

Нота Ре|> Ми|> Соль|> Ля|> Си|> Соотношение частот 256/243 32/27 1024/729 128/81 16/9 

Поднявшись на квинту от си, мы получаем фа#, которое должно бы быть тем же звуком, что и соль|> после соответственного перенесения на октаву. Однако это разные звуки: разница между фа# и соль|> называется пифагоровой коммой. Таким же образом, после перенесения на октаву звуки фа# и ре|> находятся друг от друга на расстоянии точной квинты, но образуют интервал, который отличается от квинты на пифагорову комму. Такая квинта чуть меньше и называется «волчьей квинтой».

Структура квинтового круга представляет собой комбинацию двенадцати квинт, которые в результате приходят к ноте, почти идентичной начальной, но через семь октав, как это показано на клавиатуре.

Эта разница в «почти», проявляющаяся на расстоянии семи октав, и называется пифагоровой коммой. Можно вычислить ее значение СР, приняв за отправной пункт частоту ƒ и сравнив цепочки из двенадцати квинт и из семи октав:

CR = ƒ · (3/2)12/(ƒ · 27 ) = 1, 013643265.

Таким образом, разница составляет более 1 % октавы, или почти четверть тона. Эта разница возникает потому, что дробь, которой выражается квинта, несовместима с октавой, что можно легко доказать. Можно выяснить, существуют ли такие значения х и у, которые позволяли бы увязать эти дроби:

(3/2)x = 2y => 3x/2x = 2y => 3x = 2x+y.

Как видим, необходимо найти число, которое было бы одновременно некоторой степенью 2 и 3. Но так как 2 и 3 — простые, существование такого числа противоречило бы фундаментальной теореме арифметики, согласно которой любое натуральное число может быть представлено единственным образом в виде произведения простых чисел. Эта теорема, сформулированная еще Евклидом, была доказана математиком Карлом Фридрихом Гауссом (1777-1855). Исходя из нее можно утверждать, что интервалы, сложенные из квинт и из октав, никогда не сойдутся, то есть существование хроматического звукоряда без пифагоровой коммы невозможно.

НАЗВАНИЯ НОТ

Греки называли ноты первыми буквами ионийского алфавита, присвоив отдельную букву каждому полутону и каждому звуку, повышенному на октаву. Наше фа обозначалось как а, повышенное фа — как β (бета), фа, повышенное на две ступени, — γ (гамма).

ТРИ СРЕДНИХ

Пифагор не только был очарован мистикой натуральных чисел, на него большое влияние оказали открытия, связанные со средним арифметическим, средним геометрическим и средним гармоническим, что можно увидеть на схеме справа. Таким образом, 3:4 — это среднее арифметическое 1 и 1/2:

1 - 3/4 = 3/4 - 1/2.

а 2:3 — среднее гармоническое 1 и 1/2:

(1 - 2/3)/1 = (2/3 - 1/2)/(1/2).

Пифагор экспериментально доказал, что струны с соотношением длин 1:2 и 2:3 (среднее гармоническое 1 и 1/2) и 3:4 (среднее арифметическое 1 и 1/2) производят приятные звуки, и из этого факта вывел звукоряд, о котором мы уже говорили. Назвал он эти интервалы диапазон, диапенте и диатессарон, а сегодня они известны как октава, квинта и кварта. Можно заметить отсутствие здесь среднего геометрического: возможно, Пифагор отказался от него, потому что столкнулся с проблемой высшего порядка, и весьма серьезной, как мы покажем дальше. Операция со средним геометрическим приводит к появлению несоизмеримых чисел и в точности соответствует повышенному фа хроматического ряда.

Римляне также использовали для записи музыкальных звуков первые буквы своего алфавита. Римский философ Боэций (480-525), автор «Утешения философией», взявшийся за задачу совместить философские школы Платона и Аристотеля, создал трактат о теории музыки. В этой книге, известной под латинским названием De musica («О музыке»), он предлагает звукоряд из 15 нот, представляющих две октавы, игнорируя циклический принцип построения октав.

Этот принцип вспомнят позже, обозначая одними и теми же буквами одинаковые ноты разных октав. Так называемая немецкая, или английская, номенклатура ввела для семи нот главной октавы большие буквы от А до G, следующей октавы — маленькие буквы от а до g, третьей октавы — двойные маленькие буквы ( аа, bb, сс, dd, ee, ff, gg). Таким образом, семь из 12 звуков, соответствующие нынешним белым клавишам фортепьяно, получили собственные имена. Остальные пять были названы позже, после появления концепции бемолей, бекаров и диезов. Их названия основаны на названиях основных семи.

«Рука Гвидо», как она изображена в работах бенедиктинского монаха.

В XI веке тосканский монарх Гвидо д’Ареццо (ок. 995-1050) значительную часть времени посвятил тому, чтобы создать мнемонические правила для исполнителей музыки. Самое, пожалуй, известное из них называется «рука Гвидо», в соответствии с которым ноты располагаются в алфавитном порядке на кисти руки. Гвидо д’Ареццо даже переименовал ноты, присвоив каждому звуку слог из широко известного в то время гимна Иоанну Крестителю: «Чтобы слуги твои голосами своими смогли воспеть чудные деяния твои, очисти грех с наших опороченных уст, о Святой Иоанн», что на латыни звучит следующим образом:

Ut queant laxis

Resonare fibris

Mira gestorum

Famuli tuorum

Solve polluti

Labii reatum

Sancte Iohannes.

После замены ut на до сложились названия семи нот, которые существуют в большинстве языков до сих пор.

МУЗЫКА СФЕР

В своих поисках гармонии Вселенной пифагорейская школа строила астрономические акустические модели и изучала музыку и арифметику. Пифагорейцы сводили движение планет к числовым отношениям. Они считали, что небесные тела в своем движении через космическое пространство рождают гармонические вибрации, музыку сфер. Возможно, к такой идее они пришли, услышав звук, который издает предмет, привязанный к колеблющейся струне, как это практиковалось в некоторых религиозных обрядах. Кроме того, члены братства утверждали, что небесное тело, двигающееся быстрее, должно производить более высокий звук, чем то, которое движется медленнее. Однако, согласно их астрономическим воззрениям, быстрее двигалось то тело, которое находилось дальше от Земли, поэтому и звуки, производимые планетами,— человек не мог услышать их без помощи инструментов, так как привык к ним с рождения — варьировались в зависимости от расстояния от них до Земли и находились в гармонии между собой.

Пифагор и его ученики пытались не просто наблюдать и описывать движения небесных тел, но и найти в них какую-то закономерность. Идея единообразного кругового движения, очевидная для наблюдаемых Луны и Солнца, подсказывала, что движения планет также подлежат объяснению в рамках круговых перемещений.

СЕМЬ СВОБОДНЫХ ИСКУССТВ

Греко-римская цивилизация в целом культивировала теоретическую науку, в рамках которой знания не были связаны ни с какой практической деятельностью. Высшие дисциплины распределялись на две большие группы. Первую, тривиум («три дороги»), составляли грамматика, диалектика и риторика. Вторая, квадривиум («четыре дороги»), охватывала арифметику, геометрию, астрономию и музыку. Весь комплекс из двух этих «путей», или семь свободных искусств, стал семью ступенями, которые вели человека к равновесию в гармоничной Вселенной.

Семь свободных искусств на фреске Андреа Бонайути, выполненной в 1365 году в Испанской капелле флорентийской базилики Санта-Мария-Новелла. Каждое из искусств представлено женской фигурой, перед которой помещен кто-нибудь из великих мыслителей. Среди них и Пифагор, изображенный рядом с Арифметикой (в первом ряду слева).

В соответствии с этой концепцией поздние пифагорейцы пришли к революционному выводу, который был связан с полным отказом от некоторых наиболее древних представлений: они первыми предположили, что Земля — это шар. Возможно, эту догадку можно считать самым блестящим достижением пифагорейской космологии, но позже пифагорейцам пришлось прибегать к различным трюкам, чтобы заставить наблюдаемую реальность соответствовать их идее Вселенной.

Так как они считали 10 совершенным числом, то были вынуждены поместить на небо 10 подвижных небесных тел.

В центре того, что они называли Вселенной, а мы — Солнечной системой, располагался «центральный огонь», вокруг которого по идеальным круговым орбитам вращались небесные тела. Самой близкой к центральному огню была Земля. Луна вращалась не вокруг Земли, а имела собственную орбиту, так же как и Солнце, которое было следующим по удаленности от центра телом. Дальше следовали пять планет и, наконец, звезды, которые, словно драгоценные камни, были прикреплены к небесной сфере (см. рисунок).

Простое сложение показывает, что пять планет, а также Земля, Солнце, Луна и сфера звезд в сумме дают лишь девять тел. Недостающее десятое тело пифагорейцы придумали, оно вращалось вокруг центрального огня и называлось Антихтон, что буквально можно перевести как «Противоземля».

Однако ни один астроном, включая великих ученых Месопотамии, никогда не видел на небе такого объекта. Впрочем, это обстоятельство последователей Пифагора не смутило, ведь само название, которое они дали десятой планете, все объясняет: десятое небесное тело увидеть невозможно, потому что оно обращается вокруг центрального огня ровно с той же скоростью, что и Земля, и при этом находится точно с противоположной его стороны. При этом обитаемая часть Земли расположена «спиной» к центральному огню.

К сожалению, пифагорейцы, выдвинув первую теорию, предполагавшую движение Земли, не смогли принять идею вращения земного шара вокруг своей оси. Напротив, они были уверены, что именно сфера неподвижных звезд вращается вокруг центра Вселенной. Как бы то ни было, греческий мир воспринял большую часть этого учения, прежде всего единообразное круговое движение и деление космических объектов на небесные и подлунные тела. Некоторые специалисты считают, что именно пифагорейцы предложили идею о том, что небесные тела вечны, божественны, совершенны и неизменны, а объекты подлунного мира, такие как Земля и, по мнению греков, кометы, подвержены изменению, упадку и смерти.

ПОСТОЯННЫЙ КРИЗИС МОДЕЛИ МИРА

У пифагорейцев странным образом сочетались строгая логичная мысль и на удивление ненаучные концепции. Их сосредоточенность на числах вылилась в философию природы, которая в конечном счете имела мало отношения к природе и повлекла самые разные последствия — как благотворные для развития науки, так и наоборот.

При этом пифагорейцы преодолели наиболее важное ограничение, сдерживавшее ионийцев. И те и другие утверждали, что истинным смыслом исследований должно быть постижение гармоничного порядка, царящего в природе, но ионийцы отстаивали идею единого вещества как первоосновы мира. Пифагорейцы же заменили эту концепцию идеей структуры, формы и числовых соотношений. В известном смысле современная наука следует в русле того значения, которое пифагорейцы придавали числу, хотя и в гораздо более сложном виде.

С другой стороны, некоторая фанатичность помешала пифагорейцам перейти к идеям, более пригодным для объяснения природных явлений, из-за этого законы природы оказались в подчиненном положении по отношению к идеалам красоты, симметрии и гармонии. Несгибаемая вера в первичность числа тормозила прогресс, который мог бы привести к появлению моделей, более пригодных для описания мира.

НЕБЕСНЫЙ МОНОХОРД

Экстраполяция числового мистицизма в область космологии с помощью музыки была столь притягательной идеей, что в течение веков она вдохновляла множество мыслителей и художников. В эпоху Ренессанса некоторые соборы строили с соблюдением «музыкальных» пропорций 2:1, 3:2 и 4:3. В 1623 году философ-герметист[1 Герметизм — эзотерическое философское течение поздней античности, возродившееся в эпоху Ренессанса. Сочетало элементы древнегреческой философии, астрологии, алхимии и магии. Название происходит от мифического основателя течения Гермеса Трисмегиста (Гермеса Триждывеличайшего).] Роберт Фладд (1574-1637), ученик медика и алхимика Теофраста Парацельса (1493-1541), опубликовал труд Anatomiae Amphitheatrum («Анатомический амфитеатр»), включавший иллюстрацию, на которой была изображена рука Всевышнего, настраивающая небесный монохорд. Божественная длань натягивает струну в плоскости, на которой орбиты планет располагаются в соответствии с интервалами музыкального звукоряда.

Знаменитый рисунок монохорда из трактата Anatomiae Amphitheatrum.

Наиболее наглядный пример такой слепоты — греческая космология. Уже в III веке до н.э. стало понятно, что круговые орбиты не соответствуют наблюдаемым движениям небесных тел. Тогда в модель были введены эпициклы — маленькие круги, центр которых движется по основной орбите. Со временем число эпициклов росло, система усложнялась и стала совершенно бесполезной. Сама мысль о том, что небесные тела движутся по каким-то другим, не круговым орбитам, древними греками даже не рассматривалась: это должен быть именно круг — совершенная фигура.

Даже Николай Коперник (1473-1543) в своем великом труде De revolutionibus orbium celestium («О вращении небесных тел»), опубликованном в год его смерти, переместил Землю из центра Вселенной и заменил ее Солнцем, но остался верен круговым орбитам. Только в 1609 году Иоганн Кеплер (1571— 1630) предположил, что орбиты на самом деле эллиптические. Но даже этот революционер не смог полностью избавиться от влияния поэтической идеи о музыкальной гармонии космоса. Хотя Кеплер был ключевой фигурой для научной революции, этот великий немецкий астроном и математик оставался мистиком. Тридцать лет своей жизни он потратил на то, чтобы доказать, что движение планет подчиняется пифагорейским законам гармонии. В поисках фундаментального закона, объясняющего неправильность планетных орбит, Кеплер измерил для каждой планеты ее максимальную скорость в перигелии (ближайшей к Солнцу точке орбиты) и в афелии (самой дальней от Солнца точке). К радости ученого, соотношения между двумя этими скоростями соответствовали гармоническим интервалам, и поэтому он обозначил эти соотношения символами музыкальной нотации, отдав таким образом дань пифагорейской идее музыки сфер. Кеплер изложил свою теорию в трактате Harmonia mundi («Гармония мира»), вышедшем в 1619 году. На его страницах он представил гамму и аккорды, связанные с каждой из планет. Согласно автору, планеты исключительно редко звучат все вместе в совершенном согласии, такая симфония может сложиться только один раз за всю историю мира с момента его сотворения.

ГЛАВА 6 Крах универсальной арифметики

Пифагорейская картина совершенного музыкального космоса, основанная на священном числе, столкнулась с большой проблемой: это число должно быть целым. Хотя дроби были уже известны, греческая арифметика игнорировала их. Однако сама теорема Пифагора несла в себе зерна разрушения, и чтобы они проросли, надо было всего лишь произвести некоторые простые, но фатальные расчеты. Появление иррациональных чисел означало крах пифагорейской универсальной арифметики.

Нельзя утверждать, что пифагорейцы не имели никакого представления о дробях. Последователи самосского мудреца использовали эквивалентную дробям концепцию соотношений между целыми числами, которые позволяли им, к примеру, объяснять звуковую гармонию двух струн, выражая ее в отношениях их длин: 2:1, 3:2, 4:3... Дроби были известны математике еще со времен Месопотамии, где они использовались в повседневной жизни — например, в торговле для обозначения частей денежных единиц. Но при всем этом во времена пифагорейцев математики считали дроби чем-то несовершенным и бесполезным.

Может быть точно установлено, как две величины, А и В, соотносятся друг с другом, с использованием только целых чисел.

На рисунке верхняя строка длиннее нижней, а нижняя — в 13/20 раза короче верхней.

Самое прочное убеждение последователей Пифагора, опора их арифметической вселенной, состояло в том, что любые две величины всегда соизмеримы, то есть их всегда можно сопоставить с двумя целыми числами. Принцип соизмеримости относится к тому, что сегодня называют рациональными числами. Рациональное число — это число, которое можно представить как дробь, то есть отношение, или коэффициент, между двумя целыми числами (при этом делитель не должен быть равен нулю). Пифагорова соизмеримость может быть представлена как закон, согласно которому точно устанавливается, во сколько раз величины А и В больше (или меньше) одна другой. В современных математических терминах мы бы сказали, что две произвольные величины А и В соизмеримы тогда, когда существует третья величина С и два целых числа р и q, так чтобы С укладывалось р раз в А и q раз — в В.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧИСЕЛ

Современная математика определяет число как элемент множества, который обладает некоторыми свойствами. Так, существуют множества N, Z, Q, R и С, которые представляют собой последовательные ступени, начиная с множества натуральных чисел N.

С Комплексные R Вещественные Q Рациональные Z Целые N Натуральные Простые Составные 0 Ноль Целые отрицательные Дробные Иррациональные Мнимые

— Комплексные (С): сумма вещественного и мнимого чисел.

— Вещественные (R): совокупность рациональных и иррациональных чисел.

• Рациональные (Q): числа, которые могут быть представлены как одно целое число, деленное на другое целое число (а точнее, на натуральное положительное число), то есть как дробь общего вида т/п с числителем т и знаменателем п, отличным от нуля. Термин «рациональные» происходит от латинского ratio («соотношение»).

• Иррациональные: числа, которые не могут быть выражены дробью вида т/п, где т и п представляют целые числа и п отлично от нуля, или для которых дробь является бесконечной, как, например, 3, 1415... (π), 2, 7182... (е), 1, 6180... (Ф) или 1, 4142135... (√2). Всякое вещественное число, не являющееся рациональным, иррационально.

— Мнимые: комплексные числа с нулевой вещественной частью, к примеру 5/ (где / = VI1). Это число вида z = х + /у, где х = 0.

В группе рациональных чисел выделяют:

— целые (Z): совокупность чисел, которые включают натуральные числа, отличные от нуля, отрицательные числа и ноль;

— натуральные (N): любое число, которое может служить для счета. Это числа 1, 2, 3, 4...;

— ноль: числовой знак с пустым значением, который в позиционной записи занимает место, где нет никакой значимой цифры;

— целые отрицательные: вещественные числа меньше нуля. Противоположностью отрицательного числа является число положительное, и наоборот. Единственное число, одновременно и положительное, и отрицательное, — это ноль;

— дробные: числа, которые представляют собой одну величину, деленную на другую.

В пределах группы натуральных чисел различаются:

— простые числа: числа больше 1, которые делятся только на себя и на 1. Например, простыми числами являются 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23... 2 — это единственное четное простое число;

— составные числа: любое натуральное не простое число, кроме 1 и О, которые имеют 1 и более делителей, отличных от 1 и от них самих. Они называются также делимыми. К таким числам относятся, например, 4, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18... 

Но идеальный мир, где все так прекрасно подогнано друг к другу, не мог выдержать натиска реальности. Парадоксальным образом простые вычисления на основе именно теоремы Пифагора могли свести на нет всю эту стройную конструкцию. И так как именно пифагорейцы были наиболее продвинутыми математиками своей эпохи, это был лишь вопрос времени — кто из них первым выполнит губительные вычисления.

ГИППАС ИЗ МЕТАПОНТА

Математик и философ Гиппас родился около 500 года до н.э. в городе Метапонте в Тарентском заливе, Южная Италия. Дата его смерти неизвестна, и на этом, вероятно, строится легенда, связанная с ним. Кроме несоизмеримости, математику приписывают два важных открытия: применение додекаэдра в качестве приближения шара и открытие числовых соотношений основных музыкальных аккордов путем экспериментов со звуком.

Есть надежные свидетельства о том, что Гиппас ставил акустические опыты и изучал резонанс, поэтому его считают теоретиком музыки. Согласно легенде, он не только доказал существование иррациональных чисел, но и нарушил пифагорейский закон молчания, поведав о своем открытии миру. Дошедшие до нас документы того времени приводят различные версии его смерти, но ни одну из них нельзя считать достоверной.

МИР (ПОЧТИ) СОВЕРШЕННЫЙ

Практически установлено, что математическое открытие существования отрезков, взаимно несравнимых, то есть несоизмеримых, произошло в пифагорейской школе не позднее чем в 420 году до н.э. Так как пифагорейцы весьма интересовались тройками целых чисел, которые могли представлять соотношения сторон прямоугольного треугольника, понятно, что они должны были открыть эти новые соотношения, хотя некоторые исследования указывают и на другие возможности, о которых мы поговорим позже. Как правило, исследования по истории математики согласны с традицией, которая приписывает обескураживающее открытие иррациональных чисел Гиппасу из Метапонта. По одной из версий, в качестве наказания за то, что он ввел в мир элемент, не отвечающий основополагающему принципу секты, — что все явления Вселенной могут быть сведены к целым числам и их отношениям, — члены братства сбросили Гиппаса с борта корабля. На самом деле мы не знаем в точности, каким образом были открыты иррациональные числа. Традиция гласит также, что Гиппас изучал свойства квадрата. Хотя это и весьма простая фигура, пифагорейцы не знали никого, кому удалось бы вычислить ее диагональ: это удалось сделать Гиппасу с помощью теоремы Пифагора. В поисках универсального доказательства этот математик смог вычислить диагональ, приняв сторону квадрата за 1. Далее следовала простая операция: оставалось разбить квадрат на два треугольника и применить теорему Пифагора для вычисления их гипотенузы (см. рисунок). В равнобедренном прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен удвоенному квадрату катета. Если длину катетов принять за 1, какой будет длина гипотенузы? Полученное число не будет ни целым, ни дробью... Оно будет несоизмеримым. В современной математической терминологии мы бы сказали, что прямоугольный треугольник с катетами, равными 1, имеет гипотенузу длиной √2, и это иррациональное число. Но во времена Гиппаса это открытие потрясало основы пифагорейской философии.

Этот результат не только показывал, что гипотенуза равнобедренного прямоугольного треугольника несоизмерима с катетами, но и поставил греческую математику перед фундаментальной проблемой.

Графическое представление доказательства Гиппаса из Метапонта. Математик из Великой Греции вычислил диагональ квадрата — величину, до тех пор неизвестную, — использовав теорему Пифагора.

Пифагорейцы постулировали абсолютную связь между числом и геометрией, но существование несоизмеримых величин подрывало сами основы этих отношений. Конечно, из-за этого члены братства не перестали изучать длины и соотношения в геометрии, но ограничились числовыми соотношениями только в тех случаях, когда они были соизмеримы. Со временем геометрические величины дистанцировались от величин числовых, так что те и другие стали изучаться раздельно. Введение понятия несоизмеримости убедило греческих математиков в том, что геометрия должна развиваться независимо от арифметики. Так разрушалась пифагорейская традиция, которая не делала различия между этими областями знания. Из «Диалогов» Платона ясно видно, что уже в его время геометрия считалась отдельной наукой.

Каким образом пифагорейцы так поздно заметили этот слабый пункт, который привел к кризису их систему? Что они ожидали найти в диагонали квадрата? Согласно теореме Пифагора, для квадрата со стороной 1 построенный на его диагонали квадрат будет иметь площадь, равную 2, и, таким образом, длина d данной диагонали должна быть числом, которое при возведении в квадрат дает 2 (то есть (d2 = 2). Здесь на сцену возвращается √2. Величина √2 была длиной отрезка, который можно, опираясь на квадрат, легко построить с помощью линейки и циркуля. Естественным было и предположение, что введя некую величину u (меньшую 1), можно было ею одновременно измерить и сторону (1), и диагональ (√2) квадрата? Очевидным было предположение, что сторона и диагональ квадрата должны быть соизмеримы. Однако это оказалось не так.

Такая постановка задачи приводит к следующему выводу: при умножении общей единицы и на некое целое число п должна получиться длина стороны 1 = nu, а при умножении ее на другое целое число m получается длина диагонали √2 = mu. Следовательно, должно быть верно следующее:

Иными словами, соизмеримость предполагает, что √2 представляет собой дробь вида m/n, где m и n — целые положительные числа. Идя по этому пути, пифагорейцы столкнулись с весьма неприятным результатом: они выяснили, что существуют числа, которые невозможно выразить через отношение целых чисел, и это открытие было несовместимо с их идеей универсальной арифметики. Последователи учителя назвали соизмеримыми соотношениями те, которые можно было выразить целыми числами, что означало, что обе величины могли быть измерены некоей общей единицей, а остальные — несоизмеримыми соотношениями.

Таким образом, то, что в современной математике выражается как

√2/2,

есть несоизмеримое соотношение.

ПЕНТАГРАММА ГИППАСА

История Гиппаса с ее совершенной фабулой, включая драматический финал, сочетает в себе элементы, которым позавидовал бы любой писатель: простой квадрат таит в себе семена разрушения, недальновидный член братства открывает ящик Пандоры... На самом деле не существует доказательств, что эти факты действительно имели место, и невозможно утверждать, что именно Гиппас открыл несоизмеримость квадрата. Еще одна легенда приписывает ему совсем другое доказательство существования несоизмеримости. В истории он остался человеком, который предъявил публике шар, составленный из 12 пятиугольников. Правильный пятиугольник — это математическая фигура, на которой относительно легко продемонстрировать свойство несоизмеримости, особенно с помощью древнего метода бесконечного спуска, который имел фундаментальное для греческой математики значение. С его помощью находили, к примеру, наибольший общий делитель двух чисел.

Метод состоит в следующем: даны две различные величины (a, b), где a < b, и из большей вычиталась меньшая; получалась новая величина b — a, и она вычиталась из a, и так далее. Эта процедура неприменима к паре величин (a и b), если они несоизмеримы. Когда a и b представляют собой натуральные числа, можно определить их наибольший общий делитель (НОД). Данная процедура, называемая евклидовым алгоритмом, всегда конечна и приводит к точному результату. Если процедура бесконечна, то наибольшего общего делителя не существует, и величины несоизмеримы. Эта теорема — мы не будем ее здесь приводить — была доказана Евклидом в книге X «Начал»: «Если даны две величины, и при последовательном вычитании меньшей из большей остаток никогда не сравняется с предыдущей величиной, то эти две величины несоизмеримы ».

Демонстрация существования несоизмеримых отрезков в пентаграмме.

Как видно на рисунке, диагонали правильного пятиугольника образуют другой правильный пятиугольник и так далее. Для цепочки пятиугольников, получаемых с помощью такого процесса, действительны отношения АЕ =АВ' и B'D =В'Е, где AD - АЕ = В'Е и аналогичным образом АЕ = ED' = ЕА' и В'Е' = B'D = Β'Έ, следовательно, АЕ - Β'Έ' = В'А', и так далее до бесконечности.

Из этого можно вывести, что:

— разница между диагоналями и сторонами большего пятиугольника такая же, как у меньшего пятиугольника;

— разница между сторонами большего пятиугольника и диагоналями меньшего равна сторонам меньшего пятиугольника;

— разница между диагоналями меньшего пятиугольника и его сторонами снова равна диагоналям следующего меньшего треугольника и так далее.

Эта процедура бесконечного спуска никогда не завершится, и, соответственно, невозможно найти наибольшую общую величину для диагоналей и сторон правильного пятиугольника, следовательно, взаимно несоизмеримые отрезки существуют.

Некоторые исследования показывают, что доказательство несоизмеримости стороны и диагонали квадрата относится к более позднему времени, чем эпоха пифагорейцев, так как оно более изощренное, чем метод бесконечного спуска. Квадрат с его диагоналями лишь потом позволили констатировать наблюдение, уже замеченное в других примерах, таких как пентаграмма.

НЕСОИЗМЕРИМЫЙ ЕВКЛИД

В книге X «Начал» Евклид берется за задачу классификации иррациональных чисел по типам: в этом тексте содержится 115 предложений, хотя наиболее древние издания добавляют к ним предложения 116 и 117. Это последнее представляет доказательство иррациональности на основе теоремы о четных и нечетных числах с применением теоремы Пифагора, где оно излагается так же, как и в наше время во многих книгах на эту тему.

По словам Евклида, согласно теореме Пифагора, в равнобедренном прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен удвоенному квадрату каждого из катетов. Если длину катета считать за 1, какой будет длина гипотенузы?

Предположим, что ее длина составляет т/п метров:

m2/n2 = 2

Предположим m и n не имеют общего делителя и делятся друг на друга, тогда m или n должно быть нечетным. Так как m2 = 2n2, то m2 четное и, следовательно, m тоже четное, то есть n — нечетное. Таким образом, мы можем подставить m = 2p. Следовательно, 4p2 = 2n2; из этого выводится, что n2 = 2p2, и значит, n четное. Выходит, что никакая дробь вида m/n не может выражать длину гипотенузы. Это соображение подчеркивает, что при любой единице измерения есть такие длины, которые не могут быть выражены числовым соотношением на основе этой единицы, в том смысле что не существует таких целых чисел тип, чтобы взятая т раз длина совпадала с взятой п раз единицей измерения. Метод Евклида используется и сегодня для доказательства иррациональности √2, однако ученые склонны считать, что он был добавлен в текст «Начал» значительно позже. В современных изданиях Евклида этот метод обычно опускается, и книга X оканчивается предложением 115.

Как мы уже говорили, введение иррациональных чисел определило независимость геометрии от арифметики. В книге II «Начал» Евклид геометрическим методом доказывает многие вещи, которые сегодня доказываются алгебраически, к примеру (a + b)2 = a2 + 2ab + b2. К этому его вынуждала проблема несоизмеримых величин, и пока не была найдена арифметическая теория, пригодная для операции с подобными числами, геометрический метод Евклида оставался для этого наиболее удобным.

КОРЕНЬ ИЗ ДВУХ

√2 был первым открытым иррациональным числом, научным успехом величайшей важности, который на века определил задачи математики в области вещественных чисел. Хотя история Гиппаса, по-видимому, показывает нам величественную картину краха пифагорейской Вселенной, найти √2 несложно — сложно понять, что с ним делать. Чтобы обнаружить его, достаточно нарисовать на листе квадрат, как это сделано на рисунке 1. Главный квадрат делится на четыре маленьких со стороной 1, а затем проводятся их диагонали. Таким образом мы получаем внутренний квадрат с площадью 2, который занимает половину квадрата со стороной 2. Сторона этого внутреннего квадрата, умноженная на себя, будет равна 2. Таким образом, мы получили квадратный корень из двух, или, в современной нотации, √2. Нарисовав эту фигуру на бумаге, уже невозможно смотреть на месопотамскую табличку, хранящуюся в Йельском университете под номером YBC 7289, без некоторого изумления. Эта находка датируется периодом между 1800 и 1600 годом до н.э. и на ней изображен квадрат с двумя диагоналями, которые с легкостью позволяют найти √2. Рисунок сопровождается семью цифрами, нацарапанными клинописью по вавилонской шестидесятеричной системе. Исследователи утверждают, что эти числа соответствуют приближению √2 в первых знаках после запятой:

1 + 24/60 + 51/60 2 + 10/60 3 = 1, 41421296.

РИС. 1

Как можно увидеть на этой фотографии, исследователи смогли расшифровать клинопись на табличке YBC 7289, хранящейся в Йельском университете.

В индийском трактате «Сульвасутра» значительно более позднего времени (между 800 и 200 годом до н.э.) также можно узнать, что квадрат со стороной 1 и его диагональ не могут быть соизмеримыми. Историки математики интерпретируют следующие слова из книги как приближение √2: «...длина стороны увеличивается на треть, а эта треть на ее четвертую часть, и из этого вычитается тридцать четвертая часть этой четверти». Числовое выражение этой формулы будет таким:

√2 = 1 + 1/3 + 1/(3 · 4) - 1/(3 · 4 · 34) = 577/408 = 1, 414215686.

И все-таки, хотя подобные свидетельства весьма впечатляют, вавилоняне, индийцы и, конечно, египтяне использовали дроби исключительно в практических целях, и это положение не изменилось до развития греческой математики. Вавилоняне не знали, что их шестидесятеричные приближения никогда не будут вполне точными, так же как и египтяне не могли понять саму суть иррациональных чисел. Вопреки намерениям пифагорейцев, их заслуга состояла в открытии, что несоизмеримые соотношения — это нечто совершенно отличное от соизмеримых. Теория пропорций для несоизмеримых соотношений и для любых типов величин была впоследствии выдвинута Евдоксом Книдским (ок. 408-355 до н.э.), философом, математиком и врачом, который был учеником Платона (ок. 427-347 до н.э.).

НЕДОСТАТКИ ГРЕЧЕСКОЙ МАТЕМАТИКИ

Невероятные успехи греческой классической цивилизации до сих пор поражают воображение. Несмотря на это, греческая математика оказалась неспособна преодолеть некоторые свои серьезные ограничения, что поставило перед последующими поколениями ряд фундаментальных проблем. В конце концов, то, что было главным достоинством греков — точность концепций и определений, — стало огромным грузом для развития креативной математики.

Арифметика, персонифицированная в лице Боэция и Пифагора, гравюра из «Жемчужины философии», книги Г регора Рейша (1503).

Теорема Пифагора, изложенная в «Атлантическом кодексе» Леонардо да Винчи (Амброзианская библиотека, Милан).

Фрагмент готического рельефа из собора в Шартре с изображением свободных искусств. Фигура слева представляет Пифагора.

Главное ограничение греческой математики, очевидно, состояло в ее неспособности принять идею иррациональных чисел. Это замедлило развитие арифметики и алгебры и вызвало еще большие трудности, поскольку греки в результате свели математику к геометрии, так как геометрические рассуждения не нуждались в таком иррациональном концепте, как число. Из этого проистекало вынужденное разделение числа и величины, в результате которого алгебра и геометрия на долгие века стали восприниматься как дисциплины, не имеющие ничего общего. Кроме того, греческая геометрия была довольно ограниченной. Древние принимали во внимание только те геометрические концепции, которые они могли выстроить в действительности, то есть те, которые могли существовать или быть нарисованы с использованием линейки и циркуля (при этом не допускалось использование линейки с какими-нибудь отметками на ней). Таким образом, геометрия ограничивалась фигурами, которые можно было получить с помощью прямой и круга. Единственными допустимыми поверхностями были те, которые образовывались вращением прямых и кругов вокруг оси, такие как цилиндр, конус и шар, полученные соответственно вращением прямоугольника, треугольника и круга вокруг прямой; призма, являющаяся особой разновидностью цилиндра, или пирамида, которая получается путем разложения призмы. Конические сегменты были результатом сечения конуса плоскостью.

Все эти ограничения, оставляющие в поле зрения строго определенные фигуры, позволили развиться геометрии простой, упорядоченной, гармоничной и красивой, но слишком строгой: утверждая единство, совершенство и простоту и отделяя созерцательную мысль от практической пользы, классическая греческая геометрия ограничивала взгляд математиков, удерживала их разум от новых идей и методов и ставила непреодолимые пределы для новых достижений.

Неспособность принять иррациональные числа как достойные рассмотрения привела к тому, что вопрос числового выражения несоизмеримых соотношений, которым могла бы заняться арифметика, остался открытым. Концепция иррационального числа могла бы расширить и инструментарий алгебры, а вместо этого для решения квадратных или других уравнений приходилось прибегать к геометрии. Все эти задачи могли решаться в числовом виде, и тогда алгебра получила бы развитие по сравнению с тем положением, в котором ее оставили вавилоняне.

БЕСКОНЕЧНОСТЬ В ДРЕВНЕЙ ГРЕЦИИ

Второе ограничение греческой науки состояло в том, что ей так и не удалось осознать понятия бесконечно большого, бесконечно малого и бесконечного процесса. Пифагорейцы связывали добро и зло с ограниченностью и неограниченностью соответственно. Избегая каких-либо заявлений о бесконечности прямой линии, Евклид в «Началах» утверждает, что отрезок при необходимости может быть продлен до нужных пределов. Что касается соотношения между точкой и прямой, то Аристотель настаивал на разделении этих понятий. С одной стороны, он признавал, что точки лежат на прямой, а с другой — утверждал, что непрерывная прямая не может быть образована из дискретных точек.

Даже в области целых чисел и их соотношений у греков не было никакой логической базы: ее заменяли некоторые неточные определения Евклида. Необходимость в логическом фундаменте числовой системы стала, однако, критической, когда александрийцы начали свободнее использовать числа, включая иррациональные.

Таким образом, греки оставили человечеству две отдельные ветви математики: строгую, дедуктивную и систематизированную геометрию и слишком формализованную и эмпирическую арифметику с некоторым продолжением в алгебру. Отсутствие дедуктивной алгебры привело к тому, что всякое упоминание о математической строгости относилось исключительно к геометрии, и эта ситуация сохранялась вплоть до XVII-XVIII веков, когда было положено начало развитию алгебры и математического анализа. Наконец, ограничение евклидовой геометрии фигурами, которые можно построить только с помощью линейки и циркуля, не позволяло математике решить две великие задачи. Первой было разрешение трех проблем, которые в течение веков занимали великие умы и до сих пор привлекают к себе внимание, хотя их решение было найдено в XIX веке: мы говорим о квадратуре круга, трисекции угла и удвоении куба с помощью циркуля и линейки. Вторая задача состояла в расширении критериев существования геометрических фигур, поскольку тот факт, что доказать это существование можно было, лишь построив такую фигуру, сдерживал развитие науки. Кроме того, евклидова прямая не позволяет отложить некоторые длины, и математика, чтобы стать полезной для изучения физического мира, должна была освободиться от этого технического ограничения.

ГЛАВА 7 Пифагорейцы и неопифагорейцы

В учении, которое сегодня известно как пифагорейское, невозможно отделить ядро, приписываемое самому Пифагору Самосскому, от идей, развившихся в течение 100 лет после его смерти. Математические знания пифагорейцев в области гармонии чисел дошли до нас через труды Филолая Кротонского и Архита Тарентского.

Большинство авторов древности утверждают, что после смерти учителя школа Пифагора распалась на фракции, хотя нет единой точки зрения на то, сколько этих фракций было и как они назывались. Наиболее известно деление на пифагорейцев и пифагористов, из которых первые были мистиками, а вторые — математиками, что, возможно, отражало различия между акусматиками и математиками. Однако в наше время трудно найти свидетельства, подтверждающие или опровергающие такое деление. Считается, что так называемые пифагорейцы были первыми последователями Пифагора, и поэтому их называют старыми, или древними, пифагорейцами. Среди них наиболее выделяются фигуры Филолая Кротонского и Архита Тарентского.

Одним из немногих авторов, чьи сведения по истории науки важны для реконструкции примитивного пифагореизма, был Аристотель. Стагирит посвятил пятую главу книги I своей * Метафизики* критике и изложению доктрины «так называемых пифагорейцев», говоря его же словами. Однако некоторые современные ученые считают, что философ описывал более позднее время, когда состояние знаний нельзя было идентифицировать с учением самого Пифагора или первого поколения пифагорейцев. Другие исследователи идут еще дальше и утверждают, что различия между Пифагором и его последователями были весьма велики, так как учитель проявил себя исключительно в религиозной сфере, а его ученики занимались математическими исследованиями.

Как бы то ни было, трудно установить точную дистанцию между первыми пифагорейцами и их последователями. Пифагорейство не ограничивается доктриной последователей учителя в узком смысле этого слова: оно включает в себя и влияние, которое они сами оказали на других, в особенности на Платона.

Поскольку Пифагор не оставил письменных работ, трудно сказать, до какой степени тексты, которые традиционно относят к пифагорейской традиции, отражают точку зрения ее основателя. Похоже, поначалу члены братства стремились держать в тайне свои идеи, но последующие поколения сделали их знания всеобщим достоянием. Свидетельства о «настоящих» и «ложных» пифагорейцах и обвинения в предательстве показывают, что в первоначальной пифагорейской среде существовал внутренний конфликт относительно передачи их наследства после рассеяния группы.

Из каких пифагорейских кругов берет начало традиция, приписывающая Пифагору основание математики и числовой космологии? Идея универсальной арифметики стала формироваться и излагаться в письменных источниках уже в более поздние периоды — как минимум, через век после смерти учителя, когда древняя религиозная школа вобрала в себя методологическую и спекулятивную традицию ионийской философии. Начиная с Платона складывается отношение к пифагорейцам как к школе математической и астрономической. Проблему числа заострил Аристотель, который неоднократно заявлял, что «так называемые пифагорейцы» считали число материальной первоосновой всех вещей.

ФИЛОЛАЙ КРОТОНСКИЙ

Филолай Кротонский (470-385 до н.э.) жил через 100 лет после Пифагора. Он взял на себя труд изложить и упорядочить пифагорейское учение, начав с космологии. В первой половине V века до н.э. Филолай сформулировал теорию строения космоса, который вращался вокруг центрального огня. Он изложил пифагорейскую физику в целом и выстраивал образ Пифагора и его братства как учителей науки чисел, музыки и астрономической гармонии. Гармония была началом космического равновесия, о чем уже говорили некоторые досократики, так что это влечет за собой вопрос, была ли система Филолая точной реконструкцией учения Пифагора или это сплав с более поздними идеями.

ПРОБЛЕМА ИСТОЧНИКОВ

Парадоксальным образом, источники, из которых мы сегодня черпаем знания о греческой математике, отличаются меньшей достоверностью, чем сведения, которые дошли до нас о гораздо более древних Египте или Месопотамии. Не сохранилась ни одна оригинальная рукопись наиболее важных греческих математиков.

Возможное объяснение этому — хрупкость материала, на котором они были записаны, но главная причина состоит в уничтожении больших древнегреческих библиотек. Основные источники знаний о древнегреческих математических трудах — это, во-первых, византийские манускрипты, отстоящие от оригиналов на 500- 1500 лет, а во-вторых, переводы на арабский и латинские версии этих переводов. Проблема всех этих трудов состоит в том, что они являются не репродукциями, а критическими изданиями, так что трудно выделить издательские правки и комментарии или быть уверенными, что оригиналы были правильно поняты. Для дополнения картины классической греческой математики ученые могут прибегать также к источникам, не математическим в точном смысле слова, но тематически смежным с ними. Греческие философы, особенно Платон и Аристотель, много писали о математике, и их труды дошли до нас. Так или иначе, в нашем распоряжении есть тексты Евклида, Архимеда и других греческих математиков, но реконструкция их трудов — это сложнейшая задача, которая и в наши дни оставляет многочисленные лакуны и влечет дискуссии.

Манускрипт, содержащий «Трактат о небе» Аристотеля в латинском переводе, изданный в 1502 году в Голландии.

Кем был Филолай Кротонский? Возможно, он пережил разгром школы в этом городе и бежал в Грецию. Платон рассказывает, что Филолай был учителем в Фивах и умер после возвращения в Кротон ок. 399 года до н.э. Если эти данные верны, то он был современником Сократа и мог встречаться с Платоном в Италии. Платон утверждал, что Филолай первым стал распространять пифагорейское учение и что у самого Платона были экземпляры его трудов. Различные тексты, авторство которых приписывается Филолаю, в наше время считаются подлинными, а его учение оказало весьма глубокое влияние на современников.

Он утверждал, что вся материя состоит из чисел двух типов: ограниченные и неограниченные числа. К этим двум типам добавляется некое третье состояние материи, происходящее из сочетания первых двух элементов — гармония. Душа — это гармоничное сочетание телесных элементов. Гармония как равновесие мира и наполняющих его сущностей — это ключевой принцип теории Филолая, как это видно из приписываемых ему текстов. Кроме того, именно благодаря Филолаю до нас дошла пифагорейская идея о том, что числа гармонично сочетаются в пропорциях, соответствующих трем основным интервалам музыкального звукоряда: октава (2:1), квинта (3:2) и кварта (4:3).

Платон воспринял идеи Филолая и использовал их, чтобы сформулировать собственную космологическую теорию. Три космических принципа кротонца он превратил в четыре: предельное, беспредельное, результат их смешения (мировая материя) и их причина (Демиург). Платонова концепция космоса проникнута пифагорейской идеей гармонии: Вселенная — это прекраснейшее произведение, лучшее произведение искусства из всех возможных, зубчатая передача, состоящая из точнейшим образом подогнанных друг к другу совершенных частей. Некоторые фрагменты платоновских «Диалогов», по-видимому, отсылают к пифагорейскому учению в трактовке Филолая, например, геометрия как способ познания устройства Вселенной. Геометрия для Филолая была основой большинства наук, неоценимым инструментом систематизации и познания чисел. Традиционное пифагорейство настолько «платонично», а Платон настолько «пифагоричен», что Аристотель задавался вопросом, кто, собственно, на кого повлиял.

АРХИТ ТАРЕНТСКИЙ

Архит Тарентский (ок. 428-347 до н.э.) был учеником Филолая. В историю он вошел как астроном и математик, но более всего — как философ, попытавшийся на практике реализовать идеал политика-ученого. Архит сформулировал идею пифагорейского правительства и попытался осуществить ее, так как он был не только философом и ученым, но и избирался в стратеги (военачальники) Тарента семь раз (с 367 по 361 год до н.э.). Источники ставят ему в заслугу то, что в годы его правления город достиг своего расцвета, а демократия — триумфа. Политический рост Тарента — установленный исторический факт, а его система управления, основанная на общественной гармонии, стала прекрасным примером того, какого результата можно достичь, применяя расчет, математику и геометрию в области политики. Ученый из Тарента считал, что математический расчет применим ко всем областям жизни, продолжая тем самым идеи Филолая. Согласно последнему, с помощью счета и геометрии можно разрешить любую проблему. Архит обращался к искусству счета, то есть изучению свойств чисел, как к основе анализа пропорций, на которой можно было построить отношения между логической мыслью, образованием и правосудием. Согласно этой идее, изучение числовых пропорций обеспечивало наилучшее распределение богатства и власти в обществе. Геометрия была тем дидактическим инструментом, который мог руководить душой во всех жизненных проявлениях. Это видение геометрии как инструмента упорядочивания, применимого в астрономии, музыке, торговле или политике, было востребовано в том историческом контексте, где требовалось согласие после длительных периодов раздоров. Архит возродил пифагорейскую политику, но на сей раз она базировалась не на харизме лидера, а на приложении идеи гармонии к взаимодействию социальных классов. Мыслитель послужил связующим звеном между пифагорейцами и Платоном, и дружба этих двух философов хорошо задокументирована их личной перепиской.

Традиция обычно представляет Архита главным действующим лицом последнего периода расцвета пифагорейской школы, в то время как современные историки считают, что он возродил сошедший было со сцены пифагореизм, лишив его мистического аспекта и рационализировав его таким образом, чтобы представить это течение «наукой наук», основанной на математике и музыке. Он автор некоторых серьезных достижений в области математики, которыми позднее восхищался Евклид, — например, ему принадлежит демонстрация иррациональных соотношений и доказательство иррациональности квадратного корня с помощью процедуры, впоследствии названной евклидовой, хотя впервые использовал ее именно Архит.

В области музыки он пытался обосновать гармонию математическими соображениями и изучал пропорции мелодических созвучий — октавы, квинты и кварты. Кроме того, Архит сформулировал акустическую теорию звука, причину которого видел в движении тел в воздухе и разнообразной скорости такого движения, что находилось в русле идеи о гармонии сфер. В геометрии он использовал чисто математический подход. Мыслителю приписывают открытие трехмерного решения задачи об удвоении куба, которое впоследствии предложил Гиппократ Хиосский (ок. 470-410 до н.э.), и это было следствием развития трехмерной геометрии (стереометрии). Архит первым нашел геометрическое решение этой проблемы, неразрешимой в рамках построений исключительно с помощью линейки и циркуля, как и квадратура круга или трисекция угла. Его решение было в геометрическом смысле безупречно, хотя и весьма сложно, и тем не менее оно было неприемлемо с точки зрения строгих критериев греческой геометрии — использования только линейки и циркуля.

Наконец, считается, что Архит собрал все сведения традиции о решении теоремы Пифагора, хотя точных доказательств этому нет. Неоплатоник Прокл (412-485) в своих комментариях к «Началам» Евклида первым приписал авторство теоремы самосскому ученому. Возможно, Пифагор был всего лишь мнимым автором этого открытия, а сама теорема была выдвинута и доказана анонимным гением архаической эпохи.

УДВОЕНИЕ КУБА

Удвоение куба получило также название Делосской задачи. Легенда рассказывает о ее решении Архитом, а также о его взглядах на математику как способ обеспечить политическое сотрудничество. Когда на острове Делос, месте рождения бога Аполлона, разразилась эпидемия чумы, жители острова обратились к оракулу Аполлона в Дельфах, чтобы узнать, как им избавиться от напасти. Ответ был таков: им надо сделать новый алтарь Аполлону в форме куба, который был бы в два раза больше прежнего. Граждане Делоса попытались просто удвоить размеры прежнего алтаря, однако новый куб имел объем в восемь раз больше. Тогда они обратились за советом к Платону, который ответил им: Аполлон таким образом просто решил обратить их внимание на то, что следует неустанно заниматься геометрией. Когда эта задача стала известна Архиту, он смог разрешить ее с помощью геометрии, использовав так называемую кривую Архита. Тарентский ученый предложил использовать кривую, которая образуется движением точки, и поверхность, которая образуется движением кривой. С помощью этих инструментов он решил задачу, найдя пропорцию между двумя заданными величинами. В современной записи, приняв для простоты длину ребра первоначального куба за 1 и введя такие переменные х и у, что

1/x = x/y = y/2.

получаем: х2 - 3√2. Искомый ответ невозможно воплотить с помощью линейки и циркуля. Эти величины можно построить геометрически, найдя пересечение между тремя поверхностями: тор, конус и цилиндр.

Виртуальная реконструкция пересечения тора (светло-серый), конуса (промежуточный тон) и цилиндра (самый темный).

ПЛАТОН

Философы, хронологически отделяющие Платона от пифагорейцев, занимались изучением первооснов бытия, но напрямую не применяли в своих исследованиях математику. Парменид, Зенон, Эмпедокл, Левкипп Милетский (ок. 500-430 до н.э.) и Демокрит Абдерский (ок. 460-370 до н.э.) провозгласили великие принципы, которые редко основывались на наблюдениях, но предполагали, что природа познаваема. Каждый из этих принципов представлял собой звено той цепи, которая привела к математическим исследованиям природы.

Влияние пифагорейских идей на Платона повлекло за собой быстрое развитие идей о числах и гармонии, изначально сформулированных Филолаем, а также геометрических и политических воззрений Архита. Платон был великим популяризатором математики в качестве инструмента познания действительности. Согласно Платону, чувства обманывают нас, а знание физического мира не имеет особой важности, потому что материальные вещи изменчивы. Таким образом, прямое изучение природы и физические исследования бесполезны. Физический мир — это лишь несовершенная копия мира идеального, и именно этот последний должен стать объектом изучения математиков и философов. Геометрия же для Платона была инструментом движения Вселенной к добру.

ПЛАТОН И ЕГО АКАДЕМИЯ

Платон (ок. 427-347 до н.э.) родился в знатной семье и в молодости стремился заниматься политикой, однако вскоре понял, что этот путь не подходит для людей, обладающих совестью. Он отправился в Египет и в Южную Италию, где посетил пифагорейцев. Платон был не ученым-математиком, а скорее дилетантом-энтузиастом и был убежден в важности этой дисциплины как науки наук. Тем не менее практически все важнейшие математические труды того времени принадлежат его друзьям или ученикам. В Афинах философ основал Академию, высшую школу, при которой находилось большое пространство со зданиями, где Платон со своими ассистентами читал лекции. Изучение философии и математики стало основным назначением Академии в классический период. Древняя Академия была разрушена римлянами в 86 году до н.э., но преподавание там продолжалось, и история Академии насчитывала уже 900 лет, когда в 529 году христианский император Юстиниан повелел закрыть ее, обвинив в обучении языческим и извращенным наукам.

Мозаика I века из Помпей, на которой персонажи, собравшись вокруг солнечных часов, рассматривают сферу. Традиционно считается изображением афинской Академии Платона (Национальный музей Неаполя).

ИДЕИ ПЛАТОНА

Отношение Платона к математике было ключевым элементом его философии, которая утверждала существование объективной реальности, складывающейся из форм и идей. Идеи Платона были независимы от человеческого восприятия, неизменны, вечны и вневременны. Они постигались с помощью реминисценции, своего рода скрытого воспоминания — хотя эти идеи и присутствовали в душе, их необходимо было как-то вытащить на поверхность. Такими идеями были добро, истина, справедливость, красота... Математические идеи были заключены в подобных представлениях, но занимали более низкое положение — как промежуточная ступень между чувственным миром и миром высших идей. В рамках этой философии математика играла двойную роль: с одной стороны, она была частью реальности, а с другой — помогала организовать разум так, чтобы он постигал высшие, вечные идеи.

Его астрономия также, по-видимому, основывалась на пифагореизме. Платон перенял древнюю пифагорейскую традицию, которая связывала полет души с круговым движением звезд, он утверждал, что душа вовлечена в кружение звезд с их музыкальной гармонией. Пифагорейская астрономия той эпохи, то есть времен Архита, утверждала, что планеты движутся по геометрическим законам и, следовательно, имеют душу и представляют собой божественные сущности. Влияние пифагорейской математики можно найти и в образовательной деятельности Платона: платоновская диалектика — это финальная ступень ряда математических дисциплин, который начинается с арифметики и геометрии плоских фигур; изучение музыки и музыкальной гармонии, а также математических основ движения звезд позволяет доказать их божественную природу. В «Государстве» Платон говорит о связи между правосудием и математически-музыкальными пропорциями. Математика превращается в способ доказательства, что порядок в природе соответствует и нравственному порядку, ведь присутствие числа можно найти во всех вещах, поскольку число являет собой след божественного происхождения мира.

Однако Платон в своих дерзких мечтах пошел гораздо дальше пифагорейцев, желая не только расшифровать тайны природы с помощью математики, но и заменить природу математикой. Он утверждал, что после того как разум окинет взором физический мир, чтобы получить о нем какое-то представление, он может продолжать познание без помощи органов чувств. С этой точки зрения природы просто не существовало, существовали лишь математические законы, а физику заменяла геометрия. Платон пояснял свою позицию, приводя в пример астрономию. Порядок звезд на небе и их движения были прекрасными, но астрономия должна заниматься законами движения звезд на математическом небе. Платон имел в виду теоретическую астрономию. Конфигурация небесных тел должна была представлять собой лишь схемы, чтобы открыть путь к изучению высших истин.

АРИСТОТИЛЕВА КРИТИКА ПЛАТОНА И ПИФАГОРЕЙЦЕВ

Хотя поначалу Аристотель принял идеи своего учителя Платона, но затем его взгляд на мир и отношения математики и природы настолько изменился, что можно сказать, что теории Платона и Аристотеля прямо противоположны друг другу. В книге «Математическая мысль от античности до наших дней. История математики» известный историк и популяризатор математики Морис Клайн представляет Аристотеля как физика, в отличие от Платона. Аристотель верил в существование материальных вещей, в первичность материи как основы реального мира. Для него мир был материей и формой. Материя отличается неопределенностью и становится чем-то, лишь когда приобретает конкретную форму. Так, интересующими его вещами, которые должны стать объектом научного рассмотрения, были форма и изменения материи: то есть наука должна была заниматься изучением физического мира. Очевидно, Аристотель не мог не критиковать мир Платона и его сведение всех наук к математике, что Стагирит и сделал в своем труде «Метафизика». Этот знаменитый труд представляет собой собрание из 14 книг, которые традиционно публикуются как единый трактат, но на самом деле написаны независимо друг от друга и собраны воедино уже впоследствии. Их содержание не является систематическим изложением, а служит лишь опорой для преподавания: каждая книга содержит серию лекций по определенной теме.

Так называемые пифагорейцы, которые первыми начали разрабатывать математическую науку, не только продвинули ее вперед, но и, вскормленные на ней, поверили, что ее законы — это законы всего сущего.

Аристотель, «Метафизика», книга I

Книга I является введением в курс: в ней Аристотель объясняет, что такое мудрость и как ее достичь. Главы 1 и 2 посвящены причинам и основным законам. Начиная с третьей главы Стагирит излагает доктрины предшествующих философов и подвергает критике их недостатки. Критика пифагорейцев содержится в главе 5, где проводится параллель между пифагорейской мыслью и философией элеатов. Именно Аристотель составил то, что называется пифагорейским списком противоположностей — десять пар противоположных понятий, которые представляли элементы Вселенной. Как говорит Стагирит, пифагорейцы использовали эти противоположности для обозначения всех явлений, происходящих из действия двух космических сил и антагонистических законов.

«...Очевидно, что они число принимают за начало и как материю для существующего, и как [выражение] его состояний и свойств, а элементами числа они считают четное и нечетное, из коих последнее — предельное, а первое — беспредельное; единое же состоит у них из того и другого (а именно: оно четное и нечетное), число происходит из единого, а все небо, как было сказано, — это числа. Другие пифагорейцы утверждают, что имеется десять начал, расположенных попарно: предел и беспредельное, нечетное и четное, единое и множество, правое и левое, мужское и женское, покоящееся и движущееся, прямое и кривое, свет и тьма, хорошее и дурное, квадратное и продолговатое»[1 Перевод А. В. Кубицкого.].

АРИСТОТЕЛЬ И МАТЕМАТИКА

Аристотель (384-322 до н.э.) родился в Стагире, греческом городе в Македонии. Почти 20 лет он был учеником Платона, а три года (с 343 по 340 год до н.э.) — учителем Александра Македонского. В 335 году до н.э. он основал свою школу (Лицей), которая состояла из сада, аудитории и святилища, посвященного музам. Стагирит написал множество книг на самые разные темы, как научные, так и литературные, и хотя он не посвятил отдельной работы математике, она появляется в его текстах постоянно, так как Аристотель часто использовал ее в примерах. Таким образом, он занимался базовыми принципами, отделяя аксиомы от общих сведений (то есть общих мнений, далеких от науки) и постулатов (то есть начальных положений конкретной науки). Однако одним из самых значительных его достижений было основание логики. Базовые принципы этой науки древние греки уже применяли в математических доказательствах, но заслуга Аристотеля в том, что он систематизировал и свел воедино ее приемы.

Какое место занимала математика в мире Аристотеля, столь критично настроенного к пифагорейцам и Платону? В его понимании математика помогала физике в описании таких свойств, как форма и количество, и в объяснении наблюдаемых материальных феноменов, она была способом абстрагирования от реального мира. Математические объекты существовали только в человеческом разуме. Хотя математическая наука могла дать многие определения, она не обеспечивала возможности показать качественные отличия. Разные цвета, к примеру, не могли быть сведены к геометрическим различиям. Аристотель проводил формальную границу между математикой и физикой и ставил первую в подчиненное положение по отношению ко второй.

ПИФАГОРЕЙСКОЕ НАСЛЕДИЕ

Пифагорейство вновь возродилось в I веке до н.э. и было весьма влиятельным течением в следующие 300 лет в форме неопифагорейства. Неопифагорейцы взяли на вооружение фигуру Пифагора, считая его основателем их образа мысли, они часто заявляли о преемственности и декларировали, что их целью является возрождение пифагорейского учения. Несмотря на такие декларации, кроме собственно пифагорейской доктрины, в неопифагорействе слились элементы платонизма, аристотелевской стоической философии, а также различные восточные течения.

Неопифагорейские идеи разбросаны по разным источникам и настолько отличаются друг от друга, что их трудно свести в единую систему. Основные общие тезисы для всех неопифагорейцев таковы:

— высшая реальность представляет собой единство, выражение которого — математическая единица;

— это единство порождает все остальные проявления реальности с помощью движения, которое позже назовут эманацией;

— единство обладает абсолютной чистотой и трансцендентальностыо.

Неопифагорейство было всего лишь бледным слепком наследия пифагорейцев и не оказало такого влияния на историю науки, как оригинальный пифагореизм. Со времен пифагорейцев виднейшие философы и ученые, которые формировали греческий интеллектуальный мир, особенно в эллинистическую эпоху, размышляли над математическим устройством природы. Теория оставалась незыблемой в течение всей классической эпохи, а исследование математических законов шло своим ходом. Большинство великих математиков принимали эти идеи и следовали им. Данная доктрина царила вплоть до XIX века, и в течение всего этого долгого периода исследование математических закономерностей ассоциировалось с поисками объективной истины. Некоторые греки, к примеру Птолемей, считали, что математические теории представляют собой попытки человека составить точное описание мира, но убеждение, что математика заключает в себе объективную истину, привлекало к этой науке самых заметных ученых и мыслителей в истории.

Согласно традиции, именно первые пифагорейцы назвали Вселенную «космосом»[2 Древнегр. kosmos означает «красота, порядок».] и стали видеть в ней порядок, установленный в соответствии с законами математики. Если это так, то этого достаточно, чтобы обеспечить им место на Олимпе человеческого разума. Учитывая оригинальность и силу мысли пифагорейцев, кажется естественным, что эти удивительные люди — политики, математики, физики, философы, а также маги и аскеты — повлияли на труды Платона и Аристотеля и, через этих последних, на деятельность всех великих философов и ученых человечества. Пифагорейская доктрина науки оставила столь глубокий след в истории западной культуры, что Пифагора можно считать одним из самых влиятельных мыслителей и благодаря этому обстоятельству можно сказать, что он достиг своей мечты — обрел бессмертие. Эта победа, пусть и символическая, говорит об огромной силе его разума, поскольку Пифагор, как утверждал Бертран Рассел, был так мудр, что оказывался прав даже в тех случаях, когда ошибался.

Список рекомендуемой литературы

Alsina, С., La secta de los ndmeros: el teorema de Pitdgoras, Barcelona, RBA, 2010.

Arbones, J., Milrud, P., La armonia es numerica: musicaymatemdticas, Barcelona, RBA, 2010.

Capelle, W., Historia de la filosofta griega, Madrid, Gredos, 1992.

Eliade, M., Historia de las creencias у las ideas religiosas (vol. II), Barcelona, RBA, 2005.

Ferrater Mora, J., Diccionario de filosofta, Barcelona, RBA, 2005.

Gonzalez Urbaneja, P.M., Pitdgoras: el filosofo del ndmero, coleccion «La matematica en sus pesonajes», Madrid, Nivola, 2001.

HernAndez de la Fuente, D., Vidas de Pitdgoras, Girona, Ediciones Atalanta, 2011.

Kline, M., El pensamiento matemdtico de la AntigHedad a nuestros dtas (vol. I), Madrid, Alianza Editorial, 1992.

Russell, B., Historia de la filosofta, Barcelona, RBA, 2005.

Wussing, H., Historia de las matemdticas, Barcelona, RBA, 2010.

Указатель

Академия 13, 51, 155

акусматики 64, 70, 147

алгебра геометрическая 51, 102

Анаксимандр Милетский 10, 18-20, 92, 93

Аполлон 18-20, 30, 66, 71, 153

Ареццо, Гвидо д’ 120

Аристотель 9, 13, 79, 92, 94, 120, 143, 147-149, 150, 157-159, 160

арифметика 10, 11, 44, 45, 80, 82, 84, 85, 90, 91, 94-98, 106, 107, 118, 119, 121, 122, 127, 134, 135, 138, 140, 141-143, 148, 154

Архит Тарентский 9, 13, 76, 94, 145, 147, 151-154

кривая 153

астрономия 9, 17, 22, 83, 91, 92, 98, 110, 121, 122, 148, 151, 154, 156

Ахмеса папирус см. Ринда папирус

Берлинский папирус 42

бесконечного спуска метод 135, 137

бессмертие души 9, 19, 24, 28, 63, 66, 161

Боэций 119, 141

Будда 90

Вавилон 22, 23, 38, 82, 91, 139

Великая Греция 8, 13, 24-25, 61, 75, 133

«ветряная мельница» 50, 54, 57

гармония сфер см. музыка сфер геометрия 11, 13, 17, 22, 35, 39, 43, 47, 49, 50, 51, 85, 90, 98, 107, 122, 133, 134, 138, 140-143, 150-154, 156

Гераклит Эфесский 20

Геродот 24, 42, 92

гипотенуза 11, 36, 37, 39, 40, 45, 47, 48, 52, 54, 57, 133, 137, 138

диаграмма 45

Гиппас Метапонтский 13, 132, 133, 138

пентаграмма 135-137

глиняная табличка 23, 38, 39, 82, 85, 87, 139

гномон 45, 102

Гомер 28, 29

«Государство» 156

декада пифагорейская 97-100

дельфийский оракул 19, 64, 70-72, 153

Демокрит Абдерский 20, 154

диада 97-99, 104

Диоген Лаэртский 66, 74

Дионис 21-22, 24

досократики 17, 20, 149

дробь 11, 23, 80, 90, 114, 118, 127, 129, 130, 131, 133, 134, 138, 140

Дю Хуэй 45, 47

Евдокс 51, 140

Евклид 13, 39, 47, 49, 50-53, 104, 118, 136-138, 142, 143, 149, 152

Египет 20-25, 38, 41, 42, 45, 64, 71, 79.85.91.93.149.155

землемерие 41, 43, 91

Земля 28, 59, 60, 99, 121, 123, 124, 126

Зенон Элейский 20, 24, 71, 154 4

3олотые стихи* 68, 100

Индия 22, 44, 45, 88, 89

Иония 13, 22, 91, 94

катет 11, 36, 37, 40, 41, 45, 47-49, 52, 54, 56, 57, 59, 133, 137

квадривиум 98, 122

квинтовый круг 116, 117

Кеплер, Иоганн 126

Килон 29, 75

Кир II Великий 23, 82

клинопись 23, 38, 39, 82-83, 85, 139

колонизация греческая 61, 71, 73

Кон Ку 45

корень квадратный 35, 44, 50, 138- 140, 152

косинус 43, 55, 56

закон косинуса 59

космология 10, 20, 21, 63, 107, 123, 125, 148, 150

космос 20, 96, 99, 107, 110, 126, 127, 138.148.150.154.156

Крит 21, 71

Кротон 8, 13, 17, 18, 25, 26, 29, 30, 68, 71-75, 145, 147, 148, 150

Ксенофан Колофонский 13, 20

Леонардо да Винчи 54, 141

Малая Азия 8, 17, 91

математики 7, 8, 11, 23, 33, 35, 42, 45, 59, 64, 79, 81-85, 88, 89, 92, 94, 110, 130, 131, 134, 142, 147, 149, 154, 158, 160

Месопотамия 23, 38, 79, 82-85, 88, 123, 129, 139, 149

Метапонт 13, 18, 30, 74, 76, 132, 133

Метафизика 13, 94, 147, 157, 158

Милет 18, 25, 91, 92, 93 Милон 29, 76

мистерии 8, 20, 24, 28, 31, 32, 63, 65, 70, 85

мистицизм 7, 11, 22, 96, 98, 100, 119, 125

миф 15, 17, 21-26, 28, 29, 32, 109

мифология 21, 22, 24, 26, 28, 30, 109, 110

Мнесарх 18

многоугольники 51, 57, 90, 97, 99

многоугольники правильные 51, 97

монохорд 110, 125

Московский папирус 41, 85, 87

музыка сфер 10, 107, 121-124, 126, 152

мятеж против пифагорейцев 13, 29, 75-76

Начала 13, 39, 47, 49-53, 104, 136-138, 143, 152

неопифагорейство 145, 159, 160

несоизмеримые числа 11, 13, 119, 127, 132, 133, 134-140, 142

ноль 23, 89, 97, 130, 131

обет молчания 65, 132

октава музыкальная 10, 113-120, 150, 152

Орфей 21-22, 24, 68

Парменид Элейский 17, 18, 20, 24, 71, 154

пентальфа98, 100

Персидская империя 23, 82

питание пифагорейцев 64, 66, 67

Платон 9, 13, 21, 29, 51, 68, 120, 134, 140, 148-151, 153, 154-160

Плимптон, табличка 39

позиционная система счисления 23, 82-84, 89, 90, 131

Поликрат 8, 13, 18, 25, 72

политика пифагорейская 8, 9, 24- 26, 29, 68, 71-76, 151

Полукруг 13, 25, 71

правила жизни пифагорейцев 63, 64, 71, 73, 132

прогрессия гармоническая 11

Прокл 51, 152

пропорция

золотая 50, 113

музыкальная 106, 125

совершенная 106

Противоземля 123

противоположности пифагорейские 158

расчет

площадей 85

функциональный 55

реинкарнация 24, 63, 66, 67, 99, 155

Ринда папирус 41-44, 85, 86

Самос 7, 8, 10, И, 13, 15, 17-22, 24, 25, 27, 28, 30, 33, 64, 68, 71, 79, 110, 129, 145, 152

Священная речь 68

секта 8, 13, 15, 20, 26, 29, 61, 64-68, 73-76, 110, 133, 148

Сибарис 13, 26, 29, 74

среднее

арифметическое 97, 104, 119

армоническое 11, 104, 119

геометрическое 104, 105, 119

Сулъваарпра 44, 45, 90

табу пифагорейские 66-67

теорема Пифагора 11, 27, 33, 35, 37, 38, 42, 44-48, 50-52, 54-60, 90, 91, 127, 131, 133, 134, 137, 141, 152

доказательства 45-54

обратная 51

тетрактис 70, 100

топография 43, 56

треугольник египетский 42

триада 98, 99

триангуляция 43

тривиум 122

тригонометрия 35, 39, 40, 43, 55, 56

тройки пифагорейские 38-42, 44, 45

угол 11, 20, 36-38, 43, 49, 52, 55, 80, 83, 91, 93, 103, 143, 152

удвоение куба 143, 152, 153

Фалес Милетский 18-20, 79, 92-94

теорема 92, 93

Ферекид Сиросский 19, 24

физика 10, 148, 154, 156, 158

Филолай Кротонский 9, 13, 68, 76, 94, 145, 147, 148-151, 154

Хаммурапи 38, 39, 82

цент 114, 115

центральный огонь 10, 123, 124, 148

Цзю Чжан Суань Шур 47

Чжао Шуан 45

числа

иррациональные 130-133, 137, 138.140.142

классификация ч. 100, 102, 104, 130, 131

многоугольные 100-102

рациональные 129-131

целые 23, 90, 100, 112, 127, 129-135.142

чудеса Пифагора 30

Чу Пей Cyan Чинь 45, 46

шаманизм 30-32

шумеры 39, 81

эзотерики 65

эксотерики 65

Элея 13, 17, 23

Эмпедокл из Акраганта 17, 18, 20, 21, 154

этика пифагорейская 9, 63

Ямвлих Халкидский 26, 68

Пифагор Самосский - одна из самых удивительных фигур в истории идей. Его картина гармоничного и управляемого числами мира - сплав научного и мистического мировоззрения - оказала глубочайшее влияние на всю западную культуру. Пифагор был вождем политической и религиозной секты (первой группы такого рода, о которой нам известно), имевшей огромный вес в разных регионах Греции. Ему приписывается одно из важнейших открытий древности: равенство суммы квадратов катетов и квадрата гипотенузы в прямоугольном треугольнике. Это истинное геометрическое сокровище не только имеет множество практических следствий, но и знаменует, среди прочего, рождение математики как независимой строгой дисциплины.

Оглавление

Marcos Jaen Sanchez Наука. Величайшие теории: выпуск 27: Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора

Введение

ГЛАВА 1 Правда и миф о Пифагоре

ГЛАВА 2 Теорема

ГЛАВА З Пифагорейское братство

ГЛАВА 4 Вселенная чисел

ГЛАВА 5 Гармония Вселенной

ГЛАВА 6 Крах универсальной арифметики

ГЛАВА 7 Пифагорейцы и неопифагорейцы

Список рекомендуемой литературы

Указатель Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg