Размер шрифта:     
Гарнитура:GeorgiaVerdanaArial
Цвет фона:      
Режим чтения: F11  |  Добавить закладку: Ctrl+D
Смотреть все книги жанра: Биографии и Мемуары
Показать все книги автора:
 

«Приключения математика», Станислав Улам

Благодарности

Книга эта не появилась бы, если бы не помощь моей жены Франсуазы, без которой написанное явило бы собой не более, чем скопление разрозненных рассуждений. Именно ее советы и участие позволили моему повествованию обрести определенную стройность. Ей удалось существенно уменьшить энтропию этого собрания воспоминаний в результате нескольких лет систематической и вдумчивой работы. Благодарю также Джанкарло Роту за наши многочисленные дискуссии на темы, освещенные в этой книге; миссис Эмилию Мисельски за поиск сведений о судьбе моих покойных польских коллег; и миссис Джейн Рихтмайер за просмотр некоторых наиболее затруднительных мест в тексте.

Также я очень признателен за разрешение опубликовать некоторые фотографии следующим людям и организациям:

Ученому Обществу, Гарвард (младшие сотрудники Гарварда, 1938 г.).

Лос-Аламосской научной лаборатории (все фотографии с соответствующей пометкой).

Гарольду Эгню (Энрико Ферми в сороковые годы).

Николасу Метрополису (Фон Нейман, Фейнман и Улам в столовой лаборатории).

Издательству «Viking Press» (карикатура Георгия Гамова на членов комитета «супер» из книги Гамова «Линия моей жизни», 1970 г.).

Ллойду Шереру (Стэн и Франсуаза Уламы дома в Лос-Аламосе).

Все другие фотографии, не имеющие соответствующих ссылок, являются собственностью автора.

Пролог

Уже в сумерках самолет, летящий рейсом Вашингтон-Альбукерки, приблизился к горной цепи Сандии, у подножия которой раскинулся город Альбукерки. Минут за 10 до посадки вдали замелькали огни Санта-Фе. На западе вырисовывалась таинственная громада вулканических гор. Наверное, уже в сотый раз я возвращался из Вашингтона, Нью-Йорка или Калифорнии, куда почти каждый месяц приводили меня дела, связанные либо с моей работой в Лос-Аламосе, либо с правительственной или научной деятельностью.

Мысленно я вновь вернулся к своему первому посещению Нью-Мексико в январе 1944 года. Молодой профессор университета в Висконсине, я получил приглашение участвовать в проекте, суть которого в то время не подлежала оглашению. Мне лишь объяснили, как добраться до Лос-Аламоса, сообщив название железнодорожной станции — Лэми, находящейся недалеко от Санта-Фе.

Если бы лет сорок пять назад кто-то сказал мне, что я, молодой «чистый» математик из польского города Львова, проведу значительную часть своей зрелой жизни в штате Нью-Мексико, о названии и существовании которого я, живя в Европе, даже не подозревал, я бы пропустил мимо ушей это пророчество, посчитав его совершенно немыслимым.

Я поймал себя на том, что вспоминаю свое детство, которое прошло в Польше, годы учебы, ранний интерес к математике, увлечение физикой, благодаря которому постоянно углублялись мои научные познания, что, в свою очередь, не без ряда случайностей и, возможно, удачи привело к моему участию в Лос-Аламосском проекте. Я лишь смутно догадывался о сути проводимых в Лос-Аламосе исследований, когда мой друг Джон фон Нейман пригласил меня присоединиться к их группе физиков для работы в совершенно незнакомом мне месте. «Это запад Рио-Гранде», — все, что он сказал мне, когда мы встретились в Чикаго на Юнион Стэйшн во время пересадки.

Самолет приземлился в Альбукерки. Я взял свои чемоданы и, прошагав ярдов сто через стоянку, забрался в маленький самолет, который по нескольку раз в день курсировал между Альбукерки и единственной взлетно-посадочной полосой, которая находилась на высоте 7300 футов на горе Лос-Аламос.

Именно Джон фон Нейман, один из самых выдающихся математиков 1-й половины 20-го века, нес ответственность за мой приезд в эту страну в 1936 году. С 1934 года мы вели переписку, обсуждая наиболее сложные вопросы чистой математики. Именно в этой области науки на ранних этапах своей научной деятельности я сделал себе имя. Фон Нейман, занимавшийся тогда подобными же проблемами, пригласил меня посетить недавно основанный в Принстоне Институт перспективных исследований — учреждение, хорошо известное в общественных кругах, поскольку одним из первых его профессоров был Альберт Эйнштейн. Фон Нейман был в то время одним из самых молодых профессоров Принстонского университета. Однако он уже успел приобрести известность, благодаря своей исследовательской работе, посвященной основам математики и логики. Несколькими годами позже ему было суждено стать одним из первопроходцев в создании ЭВМ.

Было время, когда я хотел написать книгу о научной деятельности фон Неймана. Пытаясь составить план книги, я часто думал о том, какое влияние оказал на меня и многих других этот человек; и как он, а также многие другие, известные мне люди, занимавшиеся исследованиями в чисто абстрактной области математики и теоретической физики, изменили взгляды на окружающую нас действительность, сформировав то представление о мире, которое существует и поныне.

Я должен сказать, что мои личные воспоминания — о своей научной деятельности, учебе и ранних исследованиях, бесконечных часах, проведенных в кафе родного города за обсуждением математических проблем со своими коллегами математиками, о своем приезде в США, преподавании в Принстоне и Гарварде — очень тесно, подчас каким-то непостижимым образом, переплелись с воспоминаниями о жизни фон Неймана, а также более поздними событиями моей жизни.

Когда я начал приводить в порядок свои мысли, то осознал, сколь мало изменилось к тому времени — шел, насколько я помню, 1966 год — представление о тех необычных условиях, в которых произошло рождение атомного века. Официальная история умалчивает об истинных мотивах этого события и обходит стороной внутренние переживания, сомнения, убеждения, решимость и надежды людей, которые более двух лет жили в весьма необычной обстановке. Она представляет лишь ряд однообразных картин, которые, в лучшем случае, дают только самые существенные факты.

Размышляя обо всем этом в маленьком самолете, летящем из Альбукерки в Лос-Аламос, я вспомнил, какое впечатление произвели на меня прочитанные в детстве книги Жюля Верна и Герберта Уэллса. Но даже в своих мальчишеских мечтах я не мог себе представить, что когда-нибудь буду участвовать в не менее фантастическом предприятии.

Все эти размышления привели к тому, что вместо написания книги о жизни фон Неймана я принял решение описать свою собственную историю, а также то, что мне было известно о других ученых, имеющих отношение к выдающимся достижениям двадцатого столетия.

Как уже было сказано, я начинал «чистым» математиком. В Лос-Аламосе я встретил физиков и других ученых, занимавшихся естественными науками, и работал, главным образом, если не исключительно, с теоретиками. С тех пор я не перестаю удивляться тому, как несколько небрежных записей, нацарапанных на доске или листе бумаги, могут изменить весь ход человеческих дел.

Я включился в работу над атомной бомбой, затем над водородной. Однако большая часть моей жизни была связана с теоретическими областями науки. Мой друг Отто Фриш, который первым установил возможность проведения цепной реакции деления ядра, пишет в своей статье для «The Bulletin of the Scientists», рассказывающей о его первых впечатлениях по прибытию в Лос-Аламос из милитаристской Англии: «Без сомнения, раньше мне никогда не приходилось встречать такое скопление интересных людей в одном месте. Я знал, что по вечерам могу зайти наугад в любой дом и застать близких мне по духу людей за сочинением музыки или бурными дискуссиями.

… я также встретил там Стэна Улама, молодого блестящего тополога из Польши, и его очаровательную жену-француженку. Улам сразу сказал мне, что он чистый математик, которого математика затянула так, что в своей последней научной статье он не смог обойтись без десятичных дробей!»

К сожалению, очень мало написано о людях, которые так много сделали для науки и которые несут ответственность за рождение атомного и космического века — о фон Неймане, Ферми и многих других физиках и математиках. В этой же книге я хотел бы уделить внимание более абстрактному и, с философской точки зрения, существенному влиянию самой математики. Широкой общественности фактически неизвестны такие имена, как Стефан Банах, Дж. Д. Биркгоф и Давид Гильберт, однако именно эти люди наряду с Эйнштейном, Ферми и некоторыми другими, не менее знаменитыми учеными, имели самое прямое отношение к достижениям науки в XX веке.

Часть I. Как стать математиком в Польше

Глава 1. Детство

1909–1927

Мой отец, Джозеф Улам, был юристом. Он родился в 1877 году в Польше, в городе Львове, тогда еще столице провинции Галиция, входящей в Австро-Венгерскую империю. Впрочем, Львов сохранял этот статус и в 1909 году, когда на свет появился я.

Его отец, мой дед, был архитектором и строительным подрядчиком, а мой прадед, насколько мне известно, перебрался во Львов из Венеции.

Моя мама, Анна Ауэрбах, родилась в маленьком польском городке под названием Стрый, расположенном примерно в шестидесяти милях к югу от Львова вблизи Карпатских гор. Ее отец был промышленником: торговал сталью и управлял заводами в Галиции и Венгрии.

Вот одно из моих самых ранних детских воспоминаний: я сижу на подоконнике рядом с отцом и смотрю на улицу, по которой проходит большой парад в честь коронованного принца, посетившего наш город. Мне не было и трех лет.

Я помню, как родилась моя сестра. Мне сказали, что на свет появилась маленькая девочка, и тогда я испытал странное, не поддающееся описанию чувство — словно я повзрослел. Мне было три года.

Помню, как в четыре года я резвился на восточном ковре, разглядывая дивную вязь его узора. Помню высокую фигуру отца, стоящего рядом, и его улыбку. Помню, что подумал: «Он улыбается, потому как думает, что я еще совсем ребенок, но я-то знаю, как удивительны эти узоры!» Я не утверждаю, что тогда мне пришли в голову в точности эти слова, но я уверен, что эта мысль возникла у меня именно в тот момент, а не позднее. Я определенно чувствовал: «Я знаю что-то, чего не знает мой папа. Возможно, я знаю больше, чем он».

В моей памяти сохранился и еще один эпизод из моего раннего детства — путешествие в Венецию с семьей. Мы плыли по каналу в вапоретто, и я уронил за борт свой воздушный шарик. Он покачивался на поверхности воды у борта лодки, и отец безуспешно пытался выловить его загнутым концом своей трости. Тогда в утешение мне разрешили самому выбрать сувенирную модель гондолы, сделанную из венецианского бисера. До сих пор помню, какую гордость я испытал, получив столь ответственное поручение.

Я помню начало Первой мировой войны. Я был мальчишкой и искренне восхищался Центральными державами — союзом Австрии, Германии и Болгарии, выступающим против Франции, Англии, России, Италии. Большинство поляков придерживалось националистических, антиавстрийских взглядов, но все же я в свои восемь лет не удержался от того, чтобы написать маленькое стихотворение, посвященное великим победам австрийской и немецкой армий.

В начале 1914 года русские войска вошли в Галицию и заняли Львов. Наша семья обрела убежище в Вене. Там я выучил немецкий, однако мой родной язык, на котором мы говорили дома, — польский.

Мы жили в гостинице напротив собора св. Стефана. Как ни странно, впоследствии, неоднократно приезжая в Вену, я словно не замечал этот собор. И только в 1966 году, прогуливаясь по Вене со своей женой, я вдруг вспомнил о нем и тут же показал его ей. Возможно, это произошло потому, что мы говорили о моем детстве.

Вместе с этим на поверхность всплыли и другие воспоминания, хранившиеся в глубинах моей памяти более пятидесяти лет.

Так, когда я, во время этого же пребывания в Вене, прогуливался в парке Пратер, вид одного из открытых кафе совершенно неожиданно восстановил в моей памяти еще один эпизод из детства — я вспомнил, как когда-то, как раз перед тем самым кафе, у меня случился приступ, сродни астматическому, повторившийся лишь многие годы спустя в Мэдисоне (штат Висконсин). Но, что удивительно, ощущения, пережитые мною повторно во время второго приступа, почему-то не заставили меня вспомнить о том давнем случае. Лишь когда я вновь, по прошествии многих лет, оказался на том же месте, это «сенсорное» воспоминание вернулось благодаря зрительной ассоциации.

Я не стану останавливаться на подробном описании Вены, какой она предстает перед глазами шестилетнего ребенка. Я разгуливал по городу в военной фуражке и, очень ясно это помню, пришел в неописуемый восторг, когда на Кэрнтнер Штрассе (одной из главных улиц Вены) какой-то офицер отдал мне честь. Однако позже, услышав от кого-то, что у США будет целых десять тысяч военных самолетов (ходил одно время такой слух), я начал сомневаться в победе Центральных держав.

Примерно в то же время я начал учиться читать. Подобно многим из моих начинаний на протяжении всей моей жизни, это занятие поначалу было мне в тягость — нелегкое, в какой-то мере мучительное приобретение опыта. Через некоторое время все встало на свое место и стало легким. Я помню, как шел по городу и, испытывая явное удовольствие, громко читал все вывески подряд, что, наверное, немало досаждало моим родителям.

Мой отец был офицером Австрийской армии, приквартированной к военному штабу, поэтому нам приходилось часто переезжать с места на место. Какое-то время мы жили в Мэриш-Острау, где я посещал местную школу. Там нам приходилось учить таблицу умножения, и я нашел изучение арифметики не таким уж трудным занятием. Однажды, когда мы проходили уже «шестью семь», я схватил простуду, и меня оставили дома. Я был уверен, что к тому времени, когда я вернусь в школу, наш класс будет проходить что-нибудь вроде «двенадцать на пятнадцать». Думаю, до «десятью десять» я тогда дошел уже сам. Остальное время со мной занимались домашние учителя, поскольку посещать школу регулярно в условиях наших постоянных переездов было невозможно.

Помню также, как иногда отец читал мне отрывки из детского издания «Дон Кихота» Сервантеса. Некоторые эпизоды, которые сейчас едва вызывают у меня улыбку, казались мне в то время безумно веселыми, а сражение Дон Кихота с ветряными мельницами я вообще считал самой смешной из всех вообразимых историй.

Эти воспоминания запечатлелись в моей памяти в виде разнообразных зрительных образов, которые, не вызывая ностальгии, заставляют меня испытывать совершенно особые ощущения, чувствовать, как в памяти рождаются ассоциации. Они приносят с собой понимания разной глубины, разных красок, разных сочетаний, смешиваясь со смутным чувством благополучия или, быть может, сомнения. Они определенно оказывают одновременное воздействие на различные области мозга, вызывая ощущение, похожее на мелодию. Это воссоздание моих детских ощущений. Часто люди запоминают эти беспорядочные образы, и, как ни странно, они сохраняются на протяжении всей их жизни.

Некоторые события вспоминаются легко, но есть и другие, которые, продолжая жить в нашем подсознании, остаются недоступными нашей памяти. Известен случай, когда во время экспериментов в сознании пациента удалось воссоздать некоторые забытые им события из прошлого, когда во время операции игла задела его мозг. Ощущения событий, которые при желании всегда можно «запросить» из своей памяти, с течением времени, видимо, не изменяются. Их воссоздание при воспоминании не изменяет и не освежает их. По своему опыту я могу сказать, что, когда я пытаюсь проследить за последовательностью силлогизмов, вызванных в моем сознание детскими впечатлениями, то нахожу, что с годами эта последовательность ничуть не изменилась по сравнению с той, что была у меня в детстве. Стоит мне посмотреть сейчас на стул, дерево или телеграфный провод — вид предмета вызовет определенный ход мыслей. И, по моему, последовательность связных воспоминаний будет аналогична той, какой, как я помню, я обладал в пяти-шестилетнем возрасте. Так, когда я смотрю на телеграфный провод, то сразу вспоминаю, как когда-то он стал для меня своего рода абстрактным, или математическим импульсом. Мне захотелось узнать, где еще он может быть полезен. Это была попытка обобщения.

Можно предположить, что большая часть объема памяти формируется у человека уже в очень раннем возрасте, и с этого момента внешние раздражители начинают процессы записи и распределения впечатлений по соответствующим каналам, которые в огромных количествах существуют уже в очень раннем детстве.

Очевидно, что зная, каким образом в памяти хранится информация, гораздо легче проанализировать свои мысли. Чтобы понять, как человек постигает содержание текста, суть нового метода или математического доказательства, интересно попробовать осознано представить временный порядок и внутреннюю логику. Однако, судя по тому, что я читал о природе памяти, ни профессионалы, ни любители не преуспели в исследовании этой области. Мне кажется, что намного больше для понимания природы ассоциаций можно сделать с помощью компьютеров как средства проведения экспериментов. Такой подход предусматривал бы градацию отдельных понятий, символов, классов символов, классов классов и т. д. так же, как это происходит при оценке сложности математических или физических структур.

Должно быть, в ходе мыслей есть некий «секрет», рекурсивная формула. Группа нейронов начинает работать автоматически, иногда без воздействия внешнего импульса. Это своего рода повторяющийся (итерационный) процесс с растущим узором. Группа нейронов перемещается в мозге, причем это перемещение зависит от воспоминания о подобных узорах.

Об этих процессах известно еще мало. Но, быть может, не пройдет и столетия, как эта проблема станет частью новой, захватывающей науки. Не так давно ученые, например Джон фон Нейман, стали исследовать сходство между действием человеческого мозга и компьютера. Раньше местом нахождения мысли люди считали сердце; со временем все более очевидной становилась роль мозга в процессе мышления. А, может быть, в действительности процесс мышления вообще зависит от всех чувств.

Мы привыкли считать мышление линейным процессом, недаром мы говорим о «ходе» мыслей. Однако мышление на подсознательном уровне может оказаться гораздо более сложным. Быть может, подобно тому, как на сетчатке глаза существуют одновременные зрительные впечатления, в человеческом мозге тоже могут находиться одновременные, параллельные, имеющие независимое происхождение, абстрактные впечатления? В нашем мозге протекают процессы, которые невозможно представить в виде линейной последовательности. Возможно, в будущем появится целая теория, посвященная поиску в памяти, но не с помощью одного сенсора, а с помощью сразу нескольких, подобно тому, как это происходит, когда несколько спасателей ищут заблудившегося в лесу человека. Эта проблема поиска — один из самых крупных разделов комбинаторики.

Что происходит, когда человек неожиданно вспоминает забытое слово или имя? Или когда он пытается вспомнить его? Что-то поворачивается в подсознании. Человек пробует разные пути: он перебирает один за другим звуки, буквы, длинные или короткие слова. Следовательно, слово хранится в памяти, состоящей из множества отсеков. Если бы оно хранилось целиком в одном месте, вспомнить его было бы просто нереально. Время — это тоже параметр, и, несмотря на то, что в нашем сознании существует, как нам кажется, только одно время, в подсознании может существовать много таких времен. Кроме того, присутствует механизм синтезирования или суммирования. Можно ли вообще ввести систему автоматического поиска, хитроумную систему, которая не перебирает абсолютно все, а бегло просматривает только нужные элементы?

Однако, я уже достаточно отвлекся на рассуждения о памяти, и пора вновь вернуться к своему рассказу. Добавлю только, что мне хотелось бы обладать хотя бы отчасти способностями Владимира Набокова, который лишь по нескольким образам из прошлого мог воссоздавать целые панорамы воспоминаний. В самом деле, можно сказать, что художник, имея перед собой великое множество разнообразных впечатлений, «зарисовывает» на сетчатке своих глаз только самые ценные, самые существенные их фрагменты, которые его мозг суммирует для последующего хранения в памяти. Вероятно, именно таким способом карикатурист передает наиболее характерные черты лица всего-навсего несколькими штрихами. Еоворя математическим языком, эти штрихи являются глобальными характеристиками функции или фигуры, состоящей из множества точек. В этом более прозаичном повествовании я тоже опишу лишь более формальные моменты.