Как не ошибаться. Сила математического мышления

Для Фано и его интеллектуальных преемников не имеет значения, «как выглядит» прямая – похожа ли она на линию, на окружность, на крякву или на что угодно. Важно лишь то, что прямые линии подчиняются законам прямых линий – законам, установленным Евклидом и его преемниками. Если это ходит как геометрия и крякает как геометрия, значит, будем называть это геометрией[219]. Существует точка зрения, согласно которой такой шаг создает разрыв между математикой и реальностью, чему необходимо противостоять. Мнение чрезмерно консервативное. Смелая идея, что мы можем размышлять в геометрических категориях о системах, не похожих на евклидово пространство[220], и называть эти системы геометриями – причем говорить об этом с высоко поднятой головой, – сыграла решающую роль в осмыслении релятивизма геометрии пространственно-временного континуума, в котором мы живем. В настоящее время мы используем обобщенные геометрические идеи для построения карты интернет-пространства, которое представляет собой нечто весьма далекое от того, что мог представить Евклид. Это один из аспектов красоты математики: мы разрабатываем совокупность идей, и если они верны, то они верны, даже если их применение выходит далеко за рамки контекста, в котором они изначально были задуманы.

Возьмем в качестве иллюстрации такой пример. На рисунке снова изображена плоскость Фано, но точки на ней обозначены числами от 1 до 7.

Выглядит знакомо? Если составить список этих семи линий, обозначив их совокупностью трех точек, которые расположены на каждой из них, получится следующее:

124

135

167

257

347

236

456

Это не что иное, как совокупность семи лотерейных билетов, о которых мы говорили выше, – совокупность, в которой каждая пара чисел выпадает только один раз, гарантируя минимальный выигрыш. В тот момент такое свойство казалось впечатляющим и загадочным. Как может кто бы то ни было сформировать столь идеально упорядоченное множество лотерейных билетов?

Ну вот, только что с моей помощью ларчик открылся и продемонстрировал суть фокуса: все дело в геометрии. Каждая пара чисел появляется ровно в одном билете, поскольку каждая пара точек лежит ровно на одной прямой. Это всего лишь Евклид, правда, говорим мы теперь о точках и линиях, и вряд ли Евклид их узнал бы.

Прошу прощения, вы сказали «bofab»?

Плоскость Фано подсказывает нам, как без всякого риска играть в трансильванскую лотерею из семи чисел, но как насчет лотереи штата Массачусетс? Существует множество конечных геометрий с количеством точек, большим семи, но ни одна из них, к сожалению, не отвечает полностью требованиям лотереи Cash WinFall. В этом случае необходимо нечто более универсальное. Решение проблемы проистекает не непосредственно из живописи эпохи Возрождения или евклидовой геометрии, а из еще одного неожиданного источника – теории цифровой обработки сигналов.

Предположим, мне нужно отправить на спутник важное сообщение, например, «Включить правый двигатель». Спутники не разговаривают на человеческом языке, поэтому на самом деле я отправляю последовательность единиц и нулей – то, что программисты называют битами:

1110101…

Сообщение кажется четким и недвусмысленным. Однако в реальной жизни в каналах связи бывают помехи. Может быть, космический луч попадает в спутник в тот момент, когда спутник принимает ваше сообщение, и искажает один бит информации, поэтому в итоге получается такое сообщение:

1010101…

На первый взгляд может показаться, что это сообщение не очень отличается от предыдущего, но, если изменение одного бита информации приведет к замене команды «включить правый двигатель» на команду «включить левый двигатель», у спутника могут возникнуть серьезные проблемы.

Спутники стоят очень дорого, а значит, лучше избегать подобных проблемных ситуаций. Когда вы пытаетесь поговорить с приятелем на бурной вечеринке, то имеете возможность повторить сказанное, и ваши слова не утонут в общем шуме. Данный способ применим и в нашем случае: в исходном сообщении можно продублировать каждый бит, отправив 00 вместо 0 и 11 вместо 1:

11 11 11 00 11 00 11…

Теперь, когда космический луч выбьет второй бит сообщения, спутник увидит такую последовательность:

10 11 11 00 11 00 11…

Спутник знает, что каждый сегмент из двух бит должен представлять собой либо 00, либо 11, а значит, сигнал «10» – признак того, что что-то не в порядке. Но что именно? Спутнику трудно разобраться с этим, поскольку он не знает, в каком именно месте помеха исказила сигнал, не существует способа определить, как выглядело исходное сообщение – 00 или 11.

Но и эту проблему можно исправить, повторив каждый бит три раза вместо двух:

111 111 111 000 111 000 111…

Предположим, сообщение приходит в искаженном виде:

101 111 111 000 111 000 111…