Греки, черепаха и матанализ⁠⁠

Касательно этого поста меня терзали сомнения. С одной стороны, история вроде как широко известная. С другой, я не раз сталкивался с тем, что общеизвестное для одних оказывается новой информацией для других (это и ко мне относится, постоянно открываю для себя что-то новое, в том числе, на этом ресурсе). Так что, кто в курсе, не ругайтесь, опять же школьники сейчас на каникулах, им может пригодиться.

Итак, общеизвестный факт номер один. Математический анализ (раздел математики, у истоков которого стояли Лейбниц и Ньютон) стал одной из основ научного прогресса в XVII-XVIII веках и последовавшей затем промышленной революции. Поэтому значение метода дифференциального исчисления для нашей цивилизации трудно переоценить.

А теперь представьте, как изменился бы ход истории, случись то же самое на пару тысячелетий раньше. И это не сюжет для очередного опуса про «попаданцев», античные ученые несколько раз довольно близко подходили к этому открытию.

В V веке до нашей эры, в греческой колонии Элея (это западное побережье Италии, 90 километров на юг от Неаполя) жил философ, известный нам как Зенон Элейский.

Он был не единственным философом в тех краях, существовала целая Элейская школа, участники которой вели дискуссии о том, что представляет собой бытие и познание. Участвовал в этих беседах и Зенон, до нас не дошли его письменные труды, но сохранился пересказ Аристотелем его апорий (внешне парадоксальных утверждений), на которые Зенон был падок. Проще говоря, он брал, казалось бы, очевидную задачу, а потом выворачивал ее наизнанку и оказывалось, что решения-то у нее, вроде бы, и нет.

Одна из самых известных его апорий – история про Ахиллеса и черепаху, это можно назвать общеизвестным фактом номер два. Но, на всякий случай, повторю ее вкратце. Зенон утверждал: быстроногий Ахиллес, как бы он не старался, никогда не догонит неторопливую черепаху, если в начале движения черепаха находится впереди Ахиллеса.

«Допустим, Ахиллес бежит в десять раз быстрее, чем черепаха, и находится позади неё на расстоянии в тысячу шагов. За то время, за которое Ахиллес пробежит это расстояние, черепаха в ту же сторону проползёт сто шагов. Когда Ахиллес пробежит сто шагов, черепаха проползёт ещё десять шагов, и так далее. Процесс будет продолжаться до бесконечности, Ахиллес так никогда и не догонит черепаху».

Понятно, что с точки зрения реального Ахиллеса, поймать черепаху несложно. Но с позиций чистой математики, перед нами бесконечная сумма малых отрезков, а анализ бесконечно малых, если помните, это историческое название математического анализа. То есть, Зенон поставил задачу так, что решить ее можно было с помощью матанализа. Та самая ситуация, о которой я говорил – греки вплотную подошли к важному рубежу развития науки.

Но у них не было позиционной системы исчисления. И они пошли другим путем. Несколько позже Зенона, в другой области эллинистического мира, во Фракии (ныне это Балканы) родился еще один знаменитый философ – Демокрит.

По большому счету, они были современники, когда Зенон умер, Демокриту было около тридцати. Демокрит известен как основоположник учения об атомах – это общеизвестный факт номер три. А теперь о том, как это учение соотносится с задачей про черепаху и почему, собственно, атом.

Есть байка о том, как Демокрит излагал свою теорию другим грекам, более далеким от философии. Он предложил отрезать от вяленого мяса ломтик или, по-гречески, том. Потом отрезать ломтик потоньше. Потом – еще тоньше. И так до тех пор, пока его собеседник не сдался, сказав, что тоньше ломтик отрезать невозможно. Это конечно байка, но она показывает суть теории Демокрита – о том, что все в мире состоит из малых неделимых частиц - атомов (атом – неделимый). Эти частицы, считал Демокрит, являются предельно малой величиной.

Это, конечно, был тоже большой шаг на пути познания мироустройства. Но он же лишал задачу Зенона парадокса, который мог бы привести к зарождению математического анализа. Потому что, в рамках атомистической теории, число малых отрезков было конечно. И где-то там, на уровне атома, Ахилесс неизбежно догонял черепаху.

С другой стороны, я бы не стал винить во всем Демокрита. Как уже было сказано выше, грекам мешало и отсутствие десятичной системы исчисления, и ряд других барьеров. Если обобщить, то, как правило, масштабные открытия случаются тогда, когда наука к ним готова. А труды гениев, опередивших время, могут оценить только потомки.