Симпсоны и их математические секреты

Хотя Гильберту удалось избежать в объяснениях специальных математических выкладок, Кантор, для того чтобы сделать свои парадоксальные выводы о бесконечности, был вынужден глубоко погрузиться в математическую организацию чисел, и такое интеллектуальное напряжение не прошло для него бесследно. Кантор страдал от тяжелых приступов депрессии, проводил много времени в больнице и начал верить в то, что находится в непосредственный связи с Богом. В действительности он считал, что это Бог помог ему сформулировать свои идеи, и верил, что бесконечность – это синоним Бога: «Она реализована в наиболее полной форме, в сверхъестественном существе, в Боге; я называю ее Абсолютной бесконечностью, или Абсолютом». Психическое состояние Кантора было отчасти результатом насмешек и критики в его адрес со стороны более консервативных математиков, которые не могли смириться с его радикальными выводами о бесконечности. К большому сожалению, в 1918 году Георг Кантор умер в полной нищете.

После смерти Кантора Гильберт так прокомментировал попытки своего коллеги постичь математику бесконечности: «Бесконечность! С давних пор ни один вопрос так не будоражил человеческую мысль, как этот; ни одна другая идея не действовала на разум столь побуждающе и плодотворно; но и ни одно другое понятие так сильно не нуждается в разъяснении, как бесконечность».

Гильберт ясно дал понять, что в борьбе за постижение бесконечности принимает сторону Кантора: «Никто не изгонит нас из рая, созданного для нас Кантором».

* * *

Помимо математиков, в команду сценаристов «Симпсонов» входили также другие ученые, интересующиеся математикой, например Джоэл Коэн (не имеющий никаких родственных связей с Дэвидом Коэном), изучавший точные науки в Альбертском университете в Канаде; Эрик Каплан, который изучал в Колумбийском университете и в Беркли философию науки; Дэвид Миркин, планировавший стать инженером-электротехником и, прежде чем присоединиться к команде «Симпсонов», окончивший Университет Дрекселя в Филадельфии и работавший в Национальном экспериментальном центре авиационного оборудования. Джордж Мейер получил диплом по биохимии, а затем сфокусировался на математике, безуспешно пытаясь разработать безопасную систему ставок в собачьих бегах. Для мира комедии было настоящим подарком судьбы то, что Мейер бросил эту затею и сделал карьеру в качестве одного из самых авторитетных комедийных сценаристов в Лос-Анджелесе.

Все это говорит о том, что в команде сценаристов «Симпсонов» никогда не было недостатка в людях, желающих вступить в математическую дискуссию в процессе работы над сценарием. Тем не менее, несмотря на явную любовь к отвлеченным темам, авторы сериала понимали, что семинар по поводу бесконечности, Кантора и отеля Гильберта может помешать работе, если проводить его в разгар работы над сценарием. К счастью, было найдено решение проблемы, которое позволяло поощрять математические дискуссии, не нарушая текущий процесс. Таким решением стал математический клуб.

Идея о создании клуба возникла во время разговора, который состоялся в одном из баров Лос-Анджелеса между Мэттом Уорбертоном и Рони Брунн. Уорбертон изучал когнитивную нейробиологию в Гарвардском университете, а затем пришел в команду сценаристов «Симпсонов» и оставался в ней вот уже больше десяти лет, практически с начала выхода сериала на экраны. Брунн имела отношение к миру комедии еще во время учебы в Гарварде и даже была редактором журнала Harvard Lampoon, но после окончания университета сделала карьеру в мире моды и музыки.

«Путь к созданию математического клуба начался с осознания того печального факта, что после окончания университета мой ум стал терять остроту, – объясняет Брунн. – Я завидовала любителям книг, у которых были свои клубы. На самом деле я не очень-то люблю читать романы, но мне требовалась социальная среда для интеллектуальных дискуссий. Однажды вечером в баре я пожаловась Мэтту Уорбертону на явную несправедливость, задавшись вопросом, почему есть клубы любителей книг и нет математического клуба. Он кивнул мне в знак поддержки и продолжил пить свое пиво. Мы поговорили о многочисленных сценаристах «Симпсонов», имеющих математическое образование, и этого оказалось достаточно для того, чтобы я начала действовать».

В противоположность тому, что, возможно, посоветовал бы Брэд Питт, первым правилом математического клуба было как можно больше говорить о математическом клубе. На самом деле его популяризация только приветствовалась. Ключевыми членами клуба стали сценаристы «Симпсонов», но его двери были также открыты для учителей, научных работников и просто жителей Лос-Анджелеса, интересующихся математикой.

Первое заседание клуба состоялось в квартире Брунн в сентябре 2002 года. Вступительную лекцию под названием «Сюрреальные числа» прочитал Дж. Стюарт Бернс, который начал работу над докторской диссертацией по математике перед тем, как стать членом команды «Симпсонов». Коллеги Бренса тоже выступали в математическом клубе с лекциями по таким темам, как «Введение в теорию графов», «Случайный выбор задач в теории вероятностей» и т. д.

Хотя математический клуб представлял собой неформальное объединение друзей и коллег с общими интересами, представленные на его заседаниях лекции зачастую имели безупречную научную репутацию. Кен Килер, лекция которого называлась «Подразбиение квадрата», – один из самых одаренных в математическом плане сценаристов «Симпсонов». Он окончил Гарвардский университет с отличием, что было признанием его блестящего математического таланта, и получил диплом бакалавра в 1983 году. Затем Килер поступил в Стэнфордский университет, чтобы получить диплом магистра по электротехнике, после чего снова вернулся в Гарвард, где защитил докторскую диссертацию по теме «Представление карт и оптимальное кодирование для сегментации изображений» в области прикладной математики. После этого Килера приняли в AT&T Bell Laboratories в Нью-Джерси, на счету сотрудников которых было семь Нобелевских премий. Именно в этот период и пересеклись пути Кена Килера и Джеффа Уэстбрука. Оба работали в одной и той же сфере исследований и совместно написали работу под названием «Укороченное кодирование планарных графов и карт»[36]. Кроме того, Килер и Уэстбрук также были соавторами сценария научно-фантастического телесериала Star Trek: Deep Space Nine («Звездный путь: Глубокий космос 9»), в котором два комика развязали войну, оскорбив своими шутками каждого присутствовавшего в зале инопланетянина.

Численность членов математического клуба неуклонно росла. Иногда, для того чтобы вместить всех желающих, приходилось проводить заседания на улице, используя простыню в качестве экрана проектора. Больше всего членов клуба, порой около ста человек, приходили послушать лекции знаменитых математиков, таких как, например, доктор Рональд Грэм – главный научный сотрудник Калифорнийского института телекоммуникаций и информационных технологий (Cal-(IT)²). Кстати, Грэм написал более двух десятков работ в соавторстве с Палом Эрдешем, а также является главным популяризатором концепции чисел Эрдеша. Кстати, у Грэма есть еще один предмет для гордости – число Грэма – самое большое число из когда-либо использовавшихся в математическом доказательстве, которое он открыл в 1977 году. Чтобы получить представление о его истинном размере, возьмем такую величину, как планковский объем, которая является минимальной единицей объема в физике. Один атом водорода содержит 1073 таких объемов. Если бы цифры числа Грэма были записаны на ткани космоса таким образом, чтобы каждая цифра занимала один планковский объем, то всей видимой Вселенной оказалось бы недостаточно, чтобы вместить все цифры этого числа. Возможно, вам будет интересно узнать его последние десять цифр: … 2464195387.

Одну из самых запоминающихся лекций прочитал в математическом клубе Дэвид Коэн, создатель последней теоремы Гомера. Выступление Коэна было особенным потому, что он посвятил его научному исследованию, которое провел перед тем, как стать комедийным сценаристом. После окончания Гарвардского университета Коэн один год проработал в Гарвардской лаборатории робототехники, после чего поступил в Калифорнийский университет в Беркли для получения степени магистра компьютерных наук. Во время учебы в Беркли Коэн изучал так называемую задачу блинной сортировки – именно эта тема и легла в основу его лекции в математическом клубе.

Задачу блинной сортировки впервые сформулировал в 1975 году Джейкоб Гудман, геометр из Городского колледжа Нью-Йорка, известный под псевдонимом Гарри Двейтер (англ. Harry Dweighter, созвучно с harried waiter – «обеспокоенный официант»). Он писал:

«В нашем ресторане не очень аккуратный шеф-повар; когда он готовит блины, они получаются разных размеров. Вот почему, когда я отношу блины клиенту, по пути к столику мне приходится переворачивать несколько верхних блинов (так, чтобы самые маленькие были наверху, а самые большие – внизу). Я повторяю это столько раз, сколько нужно (меняя количество переворачиваемых блинов). Если есть n блинов, чему равно максимальное количество переворотов (как функции n), которое мне придется сделать, чтобы расположить блины в правильном порядке?»

Другими словами, если Гомер отправится в Спрингфилдский муниципальный дом блинов, как показано в эпизоде «Запутанный мир Мардж Симпсон» (The Twisted World of Marge Simpson, сезон 8, эпизод 11; 1997 год), и официант принесет ему n блинов разных размеров, уложенных в случайном порядке, то сколько переворотов ему потребуется сделать в самом худшем случае, для того чтобы расположить блины правильно? Число переворотов блинов обозначается как P_n. Задача состоит в том, чтобы найти формулу определения числа P_n.

Задача блинной сортировки сразу же привлекла внимание математиков по двум причинам. Во-первых, было похоже, что она позволит лучше понять способы решения задач по информатике, поскольку перегруппировка блинов имеет много общего с перегруппировкой данных. Во-вторых, эта головоломка казалась достаточно трудной, а математики просто обожают задачи, граничащие с невозможным.

Несколько простых примеров могут пролить свет на эту задачу. Во-первых, чему равно число переворотов, если в наличии всего один блин? Ответ: нулю, поскольку этот блин не может лежать неправильно. Следовательно, P₁ = 0.

Чему равно число переворотов в случае двух блинов? Тут может быть только два варианта: либо их уложили правильно, либо в обратном порядке. Определить худший случай не составит труда, причем потребуется всего один переворот, для того чтобы обеспечить правильное расположение блинов. Следовательно, P₂ = 1.

Далее, чему равно число переворотов в случае трех блинов? Вычислить это немного труднее, так как существует шесть вариантов их исходного порядка. И в зависимости от него число переворотов, необходимое для расположения блинов в правильном порядке, составляет от ноля до трех в самом худшем случае. Следовательно, P₃ = 3.

В большинстве случаев вы сами можете уложить блины в нужном порядке с помощью приемлемого количества переворотов. Однако порой процесс перестановки неочевиден, поэтому ниже показана серия из трех переворотов. В каждом ряду отображен процесс одного переворота, а именно куда следует вставить лопатку и каким будет порядок укладки блинов в результате переворота.

По мере увеличения стопки блинов задача усложняется в связи с ростом количества вариантов исходного порядка расположения блинов, а также числа возможных способов переворачивания. Более того, создается впечатление, что в последовательности чисел, соответствующих количеству переворотов блинов, нет никакой закономерности:

Из-за сложности выполнения всех перестановок и возможных стратегий переворачивания блинов даже очень мощным компьютерам до сих пор не удалось рассчитать число переворотов в случае двадцати блинов. Кроме того, даже три десятилетия спустя никто не смог отказаться от метода решения «в лоб» с помощью компьютера и найти красивое уравнение для определения числа переворотов блинов. На данный момент единственным достижением в решении этой задачи стало выведение формулы определения границ для числа переворотов блинов. В 1979 году было доказано, что верхняя граница для числа переворотов составляет (5n + 5)/3 переворотов. Это значит, что мы можем взять бессмысленно огромное количество блинов (скажем, тысячу) и точно знать, что число переворотов, необходимых для их укладки в порядке возрастания (или убывания) размера, будет меньше, чем:

Таким образом, учитывая, что выполнить треть переворота невозможно, меньше или равно 1668. Этот знаменитый результат, поскольку он был опубликован в работе Христоса Пападимитриу и Уильяма Гейтса, который нам больше известен как Билл Гейтс, основатель компании Microsoft, а эта работа считается его единственной научной публикацией.

В работе Гейтса, написанной им в период учебы в Гарвардском университете, упоминается также более сложный вариант этой задачи. В задаче о подгоревших блинах фигурируют блины, подгоревшие с одной стороны, которые необходимо уложить в правильном порядке, переворачивая так, чтобы подгоревшая сторона оказывалась внизу. Именно эту задачу решил Дэвид Коэн во время учебы в Беркли.

В 1995 году Коэн написал работу по задаче о подгоревших блинах[37], в которой вычислил верхний и нижний пределы числа переворотов подгоревших блинов: от 3n/2 до 2n − 2. Если мы снова используем пример с 1000 блинов, но теперь уже подгоревших, то сможем определить, что число переворотов, необходимых для их укладки подгоревшей стороной вниз, составляет от 1500 до 1998.

Это именно то, что делает сценаристов «Симпсонов» уникальными. Они не только посещают математический клуб, но еще и читают научные лекции и пишут серьезные математические научные работы.

Дэвид Коэн вспомнил историю, которая показывает, как сценаристы порой поражаются сами себе, когда осознают уровень математических знаний своей команды: «Я написал работу о количестве переворотов блинов в соавторстве со своим научным руководителем Мануэлем Блюмом, известным специалистом в области компьютерных наук, и мы отправили ее в журнал Discrete Applied Mathematics. Впоследствии я бросил магистратуру ради написания сценариев для “Симпсонов”. После того как нашу работу приняли, прошел очень большой отрезок времени, прежде чем ее проверили и опубликовали. Таким образом, к моменту ее публикации я уже работал какое-то время в команде “Симпсонов”, и примерно в тот же период туда пришел Кен Килер. Когда в конце концов моя научная статья появилась в журнале, я пришел с ее копией на работу и сказал: “Послушайте, а у меня вышла статья в Discrete Applied Mathematics”. Это произвело впечатление на всех, кроме Кена Килера, который заявил: “Ну да, я тоже опубликовал статью в этом журнале пару месяцев назад”».

С ухмылкой на лице Коэн проворчал: «Вот так вот, я пишу сценарии для “Симпсонов” и даже не могу быть единственным сценаристом сериала, опубликовавшим работу в Discrete Applied Mathematics?»

Глава 10

Теорема страшилы

Как правило, Гомера не считают гигантом мысли; он скорее пользуется репутацией одного из обычных жителей Спрингфилда. В эпизоде «Гомер против восемнадцатой поправки» (Homer vs. the Eighteenth Amendment, сезон 8, эпизод 18; 1997 год) он поднимает тост, который отражает его простую философию жизни: «За алкоголь! Причину и решение всех жизненных проблем!»

Тем не менее время от времени сценаристы все же дают Гомеру оторваться, чтобы исследовать нердовскую сторону его характера. Мы уже видели это в эпизоде «Волшебник Вечнозеленой аллеи» 1998 года; кроме того, есть и несколько эпизодов, в которых Гомер демонстрирует, что может быть образцовым гиком. Например, самый авторитетный в мире научный журнал Nature похвалил его за комментарий, сделанный в эпизоде «Забастовка учителей» (The PTA Disbands, сезон 6, эпизод 21; 1995 год). Поймав дочь на попытке построить вечный двигатель, Гомер твердо ставит ее на место: «В этом доме все подчиняется законам термодинамики!»

Помимо бессмысленного повторения самых фундаментальных законов науки, Гомер периодически принимается за реализацию научных программ. В эпизоде «Томак» (E-I-E-I-D’oh, сезон 11, эпизод 5; 1999 год) он становится фермером и разбрызгивает плутоний на своих полях, чтобы увеличить урожайность. Неудивительно, что в результате вырастают растения-мутанты. Гомер называет их томак, поскольку они похожи на томат, но внутри содержат табак.

Этот эпизод вдохновил Роба Бауэра, поклонника «Симпсонов» из штата Орегон, на повторение достижений Гомера. Вместо использования радиоактивного материала он привил корни табака к стеблю томата и стал ждать, что из этого получится. Это была не такая уж сумасшедшая идея, учитывая, что и томаты, и табак принадлежат к семейству пасленовых, а значит, их прививка может привести в результате к тому, что свойства одного растения передадутся другому. На самом деле в листьях томата Бауэра действительно присутствовал никотин, а это доказывает, что научный факт может быть почти таким же причудливым, как и научная фантастика.

Сценаристы стимулировали расцвет интеллекта Гомера и в эпизоде «Они спасли мозг Лизы», о котором шла речь в главе 7. После того как Стивен Хокинг увозит Лизу от разъяренной толпы, действие перемещается в бар Мо, где беседуют профессор Хокинг и Гомер. На ученого производят впечатление идеи Гомера по поводу космологии: «Гомер, твоя теория пончикообразной Вселенной заинтриговала меня. Я ее у тебя украду».

Хотя это звучит нелепо, но специалисты по космологии с математическим складом ума утверждают, что Вселенная действительно могла бы иметь структуру пончика. Для того чтобы объяснить вероятность такой геометрии, давайте упростим Вселенную, представив себе, что все космическое пространство стало плоским в результате перехода из трех– в двухмерное измерение, так что все сущее расположено на листе. Здравый смысл подсказывает, что этот вселенский лист должен быть плоским и простираться до бесконечности во всех направлениях. Однако космология редко согласуется со здравым смыслом. Эйнштейн учил нас, что пространство может искривляться, что в результате приводит к самым разным сценариям развития событий. Например, представьте себе, что лист Вселенной не бесконечен, а имеет четыре края и напоминает скорее большой прямоугольный лист резины. Далее вообразите, что вы соединяете две его длинные стороны так, чтобы образовать цилиндр, а затем соединяете два конца этого цилиндра, чтобы весь лист превратился в пустотелый пончик. Это и есть та модель Вселенной, которую обсуждали Хокинг и Гомер.

Если бы вы жили на поверхности этой пончикообразной Вселенной, то могли бы перемещаться по серой стрелке и в конце концов вернуться в исходное положение. Вы могли бы также отправиться по черной стрелке и снова оказались бы там, откуда начали движение. Пончикообразная Вселенная ведет себя как космическое пространство в популярной видеоигре Asteroids компании Atari. Если корабль игрока летит на восток, то он исчезает с экрана с правой стороны и снова появляется с левой. Точно так же, если корабль отправляется на север, он доходит до верхнего края экрана, после чего появляется в нижней его части, опять вернувшись в отправную точку.

Безусловно, мы проанализировали эту теорию только в контексте двух измерений, но согласно законам физики трехмерную Вселенную тоже можно свернуть в цилиндр, образуя своего рода пончик. Человеку, не имеющему отношения к математике, почти невозможно представить себе такие манипуляции с трехмерным пространством, но Хокинг и Гомер понимают, что пончик – это идеальная, вполне жизнеспособная, реальная форма для Вселенной. Британский ученый Джон Бердон Сандерсон Холдейн (1892–1964) однажды сказал: «Подозреваю, что Вселенная не только причудливее, чем мы себе представляем, но и причудливее, чем мы можем представить».

В других эпизодах сценаристы создают то или иное триггерное (переключающее из одного положения в другое) событие, которое стимулирует мозг Гомера, что, в свою очередь, позволяет ему добиваться успехов в математике. В эпизоде «ГОМР» (HOMR, сезон 12, эпизод 9; 2001 год) Гомер удаляет из своего мозга карандаш и вдруг осознает, что может использовать высшую математику, чтобы доказать, что Бога не существует. Он показывает доказательство своему богобоязненному соседу Неду Фландерсу, который сначала с подозрением относится к заявлению Гомера, что Бог исчезает под натиском логики. Но затем Фландерс анализирует доказательство и бормочет: «Ну-ка посмотрим… Может быть, он ошибся… Нет. Все верно. Эту бумагу никто не должен видеть». Фландерсу не удается найти ни одной ошибки в доказательстве Гомера, поэтому он решает сжечь лист, на котором оно написано.

Эта сцена отдает дань уважения одному из самых известных случаев в истории математики, когда величайший математик XVIII столетия Леонард Эйлер сделал вид, что доказал нечто противоположное выводу Гомера, а именно – что Бог существует. Инцидент произошел в тот период, когда Эйлер находился при дворе Екатерины Великой в Санкт-Петербурге. Екатерину и ее придворных все больше беспокоило влияние гостившего у них французского философа Дени Дидро, который был убежденным атеистом и, по слухам, приходил в ужас от математики. Эйлера попросили составить фальшивое уравнение, которое бы доказывало существование Бога и положило конец ереси Дидро. Когда Эйлер обнародовал это уравнение, Дидро потерял дар речи. После этого он стал объектом насмешек всего Петербурга и вскоре попросил разрешения вернуться в Париж.

Мозг Гомера получает еще один временный стимул в эпизоде «$прингфилд (или как я перестал бояться и полюбил легальные азартные игры)» ($pringfield (Or, How I Learned to Stop Worrying and Love Legalized Gambling), сезон 5, эпизод 10; 1993 год). В самом начале эпизода Генри Киссинджер (в какой-то мере необъяснимо) совершает прогулку по территории места работы Гомера, Спрингфилдской атомной электростанции. К сожалению, бывший госсекретарь США роняет свои фирменные очки в унитаз, когда заходит в один из туалетов электростанции. Будучи слишком робким, чтобы вытащить их оттуда, и слишком смущенным, чтобы попросить кого-то о помощи, Киссинджер бормочет себе под нос: «Никто не должен знать, что я упустил их в унитаз. Только не я, человек, написавший проект Парижского мирного соглашения».

Вскоре в ту же туалетную кабинку заходит Гомер и обнаруживает в унитазе очки. Разумеется, он не может не вытащить их оттуда, после чего очки как будто наделяют его силой разума Киссинджера. Все еще находясь в туалете, Гомер начинает как заведенный повторять математическую формулу:

Сумма квадратных корней[38] любых двух сторон равнобедренного треугольника равна квадратному корню оставшейся стороны.

На первый взгляд может показаться, что это простое проговаривание теоремы Пифагора, но в действительности это не так по нескольким причинам. Настоящая теорема Пифагора гласит:

Квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника равен сумме квадратов смежных сторон.

Самое очевидное различие состоит в том, что утверждение Гомера касается равнобедренного треугольника, тогда как теорема Пифагора описывает прямоугольный треугольник. Возможно, вы еще со школы помните, что равнобедренный треугольник имеет две стороны одинаковой длины, тогда как прямоугольный треугольник может иметь стороны любой длины, если один его угол прямой.

В утверждении Гомера есть еще две проблемы. Во-первых, он говорит о «квадратных корнях» сторон треугольника, тогда как в теореме Пифагора идет речь о квадратах сторон. Во-вторых, теорема Пифагора устанавливает зависимость между гипотенузой (самой длинной стороной прямоугольного треугольника) и двумя катетами, тогда как Гомер ставит «любые две стороны» равнобедренного треугольника в зависимость от «оставшейся стороны». В качестве «любых двух сторон» могут выступать либо две равные стороны, либо одна из равных сторон и неравная сторона.

Представленные ниже рисунки и уравнения подытоживают и подчеркивают различия между утверждением Гомера и теоремой Пифагора. Гомер взял стандартный фрагмент математической информации и изменил его, тем самым создав новый вариант теоремы Пифагора, а именно гипотезу Симпсона. Различие между теоремой и гипотезой состоит в том, что истинность первой доказана, тогда как вторая и не доказана, и не опровергнута… пока.

Гипотеза Симпсона касается всех равнобедренных треугольников, а значит, если мы попытаемся ее доказать, то должны продемонстрировать, что она верна для бесконечного множества треугольников. А для того чтобы опровергнуть гипотезу Симпсона, нам будет достаточно найти всего один треугольник, противоречащий ей. Поскольку опровержение кажется более легким, чем доказательство, давайте посмотрим, сможем ли мы найти такой треугольник.

Возьмем равнобедренный треугольник с двумя сторонами длиной 9 и основанием с длиной 4. Равна ли сумма квадратных корней любых двух сторон этого треугольника квадратному корню оставшейся стороны?

√9 + √9 = √4 подразумевает, что 3 + 3 = 2, что неверно

√9 + √4 = √9 подразумевает, что 3 + 2 = 3, что тоже неверно

В обоих случаях квадратные корни не дают в сумме нужное число, стало быть, гипотеза ошибочна.

Очевидно, что это не звездный час Гомера, но все же не судите его слишком строго, особенно учитывая, что он был под влиянием очков Киссинджера. В действительности если кто-то и виноват, так это сценаристы.

Джош Вайнштейн, который был ведущим сценаристом этого эпизода вместе с Биллом Окли, рассказывал, как создавалась эта сцена и почему она содержала столь бессмысленную гипотезу: «Эта шутка развивалась в обратном порядке, поскольку нам было нужно, чтобы босс Гомера мистер Бернс считал его умным человеком. Мы подумали: “Как же он может прийти к мысли, что Гомер умен? Было бы смешно, если бы он нашел очки в унитазе. А кому должны принадлежать эти очки? Генри Киссинджеру!” Нам нравится Генри Киссинджер (и все, что касается эпохи Никсона), и мы решили, что именно он подходит на роль человека, который бы подружился с мистером Бернсом».

Далее в сценарий необходимо было включить фразу, которая продемонстрировала бы обретенную Гомером уверенность в собственном интеллекте. Когда команда авторов приступила к работе, один из них вспомнил, что у произошедшего с Гомером случая много общего с одной из финальных сцен художественного фильма 1939 года «Волшебник страны Оз»[39]. Когда Дороти идет по желтой кирпичной дороге к волшебнику страны Оз, ее сопровождает Трусливый лев, мечтающий стать храбрым, Железный дровосек, рассчитывающий получить сердце, и Страшила, который надеется обрести разум. Принято считать, что Страшила олицетворяет собой типичный образ канзасского фермера: простого, но достойного человека, который, вероятно, мог бы быть очень умным, но у него нет формального образования. Когда в конце концов они находят волшебника, тот не может дать Страшиле мозг, но выдает ему диплом, и именно в этот момент Страшила произносит: «Сумма квадратных корней любых двух сторон равнобедренного треугольника равна квадратному корню оставшейся стороны».

Следовательно, Гомер цитирует фразу, впервые произнесенную Страшилой из «Волшебника страны Оз». То есть гипотеза Симпсона это на самом деле гипотеза Страшилы. Сценаристы «Симпсонов» использовали ту же математическую псевдогипотезу, так как оба факта (то, что Гомер нашел очки Киссинджера, и то, что Страшила получил диплом) оказали одинаковое влияние на героев, поскольку впоследствии и Гомер, и Страшила обрели уверенность в своих умственных способностях.

Только крохотная доля зрителей заметила, что Гомер повторяет гипотезу Страшилы. Их лучше всего описать как людей, занимающих в диаграмме Венна область пересечения между множеством страстных поклонников фильма «Волшебник страны Оз» и множеством математиков. В эту область входят Джеймс Йик, Анахита Рафи и Чарльз Бисли – студенты факультета математики и компьютерных наук Государственного университета Огасты, досконально изучившие оригинальную сцену из фильма «Волшебник страны Оз». В частности, они поставили под сомнение теорию о том, что Страшила должен был озвучить теорему Пифагора, но актер Рэй Болджер, игравший эту роль, случайно допустил ошибку, на которую никто не обратил внимания, пока не стало слишком поздно. Студенты утверждают, что сценаристы «Волшебника страны Оз» специально исказили теорему Пифагора: «Мы считаем, что это была умышленная диверсия, о чем говорит скорость, с которой актер произносит эту фразу, а также наличие трех очевидных ошибок в формулировке теоремы… Значит ли это, что сценаристы пытались тем самым высказать свое мнение по поводу реальной ценности дипломов? Пытались ли они подчеркнуть отсутствие истинных знаний у зрительской аудитории в целом, давая своей маленькой внутренней шуткой понять, что все мы своего рода “страшилы”?»

Каким бы ни было происхождение гипотезы Страшилы и стоящие за этим мотивы, она безусловно ложная, но при этом все же вдохновила троих математиков из Огасты на изучение противоположной гипотезы, которая гласит:

Сумма квадратных корней любых двух сторон равнобедренного треугольника никогда не равна квадратному корню оставшейся стороны.

Так верна ли гипотеза Йика, Рафи и Бисли? Мы можем это установить, проверив два уравнения. Начнем с уравнения (1), записав его в другом виде:

√a + √a ≠ √b

2√a ≠ √b

4a ≠ b

Последнее уравнение гласит, что длина a никогда не может составлять четверть длины b. В действительности так и должно быть, поскольку a должно быть больше ½b, иначе три стороны треугольника не соприкоснутся друг с другом. Беглый взгляд на представленный выше треугольник позволяет понять очевидность этого вывода.

Продемонстрировав истинность уравнения (1), проверим уравнение (2):

√a + √b ≠ √a

√b ≠ 0

b ≠ 0

Другими словами, согласно уравнению (2) основание равнобедренного треугольника не может иметь нулевую длину. Это действительно так, поскольку в противном случае у нас был бы треугольник всего с двумя сторонами, и они наложились бы друг на друга, а значит, мы получили бы треугольник только с одной стороной!

Таким образом, мы можем быть уверены, что сумма квадратных корней любых двух сторон равнобедренного треугольника никогда не будет равна квадратному корню оставшейся стороны. Это не такое уж глубокомысленное открытие, но тем не менее оно позволяет присвоить данному варианту гипотезы Страшилы статус теоремы.

* * *

Гипотеза Симпсона оказалась не чем иным, как гипотезой Страшилы, которая в любом случае ложная. Однако для семейства Симпсонов должно стать утешением то, что несколько важных (и верных) математических концепций носят их имя.

Например, парадокс Симпсона считается одним из самых непостижимых в математике. Он был изучен и популяризирован Эдвардом Симпсоном, который начал интересоваться статистикой в период работы в Блетчли-Парке, секретной штаб-квартире британского шифровального подразделения времен Второй мировой войны.

Одна из наиболее ярких иллюстраций парадокса Симпсона касается закона США о гражданских правах 1964 года – исторического документа, направленного на решение проблемы дискриминации. В частности, этот парадокс возникает в ходе тщательного анализа данных о результатах голосования республиканцев и демократов по поводу принятия закона в палате представителей США.

Демократы северных штатов США отдали за закон 94 процента голосов, тогда как республиканцы – всего 85 процентов. Следовательно, в северных штатах США за принятие закона проголосовало больше демократов, чем республиканцев.

В южных штатах за данный закон демократы отдали 7 процентов голосов, тогда как республиканцы – 0 процентов. То есть на юге США также проголосовало больше демократов, чем республиканцев.

Таким образом, напрашивается очевидный вывод: демократы продемонстрировали более активную поддержку Закона о гражданских правах, чем республиканцы. Однако если объединить данные по южным и северным штатам, получится, что за принятие закона проголосовали 80 процентов республиканцев и 61 процент демократов.

Другими словами, я утверждаю, что на севере и юге в отдельности демократы отдали больше голосов в поддержку закона, чем республиканцы, но в совокупности республиканцы опережают демократов! Как бы абсурдно это ни звучало, это бесспорный факт. В этом и состоит парадокс Симпсона.

Для того чтобы понять смысл данного парадокса, целесообразно проанализировать не проценты, а фактическое количество голосов. Демократы северных штатов отдали в поддержку закона 145 из 154 голосов (94 процента), тогда как республиканцы – 138 из 162 голосов (85 процентов). В южных штатов картина такая: демократы – 7 из 94 голосов (7 процентов), республиканцы – ноль из 10 голосов (0 процентов). Как уже было сказано, поддержка закона демократами на первый взгляд кажется более сильной, чем республиканцами, причем как на севере, так и на юге. Тем не менее в масштабах всей страны тенденция меняется на противоположную, поскольку за принятие закона проголосовали 152 из 248 демократов (61 процент) и 138 из 172 республиканцев (80 процентов).