Значимые фигуры. Жизнь и открытия великих математиков

В 13 лет Алан поступил в Шерборнскую школу – независимую «публичную» школу, как замысловато именуются в Англии частные платные школы, в которых обучаются преимущественно дети из богатых семей. Как в большинстве подобных школ, упор в ней делался на классические дисциплины. У Тьюринга был плохой почерк, он не отличался хорошей грамотностью, да и в любимом своем предмете – математике – предпочитал собственные ответы тем, что требовали учителя. То ли несмотря на это, то ли благодаря этому он выигрывал все математические конкурсы. Кроме того, ему нравилась химия, но и здесь он предпочитал искать собственный путь. Его классная руководительница писала: «Если ему суждено заниматься исключительно наукой, он напрасно теряет время в частной школе».

Чистая правда.

Школа была не в курсе, что в свободное время Тьюринг читает статьи Эйнштейна о теории относительности и книгу Артура Эддингтона о квантовой теории «Природа физического мира». В 1928 г. Алан сдружился с Кристофером Моркомом, который учился на класс старше и разделял его интерес к науке. Однако не прошло и двух лет, как Морком умер. Тьюринг был безутешен, но продолжал упрямо учиться – и выиграл возможность изучать математику в Кембриджском Королевском колледже. Там Алан продолжал читать учебники, намного опережавшие учебный план – или вообще не входившие в него. В 1934 г. он закончил колледж.

Тьюринг был неисправимо неряшлив. Даже если он надевал костюм, то костюм этот редко был отглажен. Говорят, что иногда он подвязывал брюки галстуком или просто бечевкой. Его смех звучал громко и неприятно. У него был дефект речи, не то чтобы заикание, а внезапные паузы в речи, когда он некоторое время мог тянуть «э-э-э-э-э…», подыскивая подходящее слово. Он не слишком придирчиво относился к бритью, и к концу дня у него на лице обычно видна была легкая щетина. Тьюринга часто изображают нервным, социально не адаптированным чудиком, но на самом деле он был довольно популярен и легко осваивался в любой компании. Его очевидная эксцентричность происходила в основном от оригинальности не того, о чем он думал, а того, как он думал. Работая над задачей, Тьюринг находил такие ее аспекты, о существовании которых никто даже не подозревал.

Через год после выпуска Тьюринг учился в аспирантуре по основаниям математики у Макса Ньюмана; именно там он узнал о программе Гильберта и о ее разрушении Гёделем. Тьюринг понял, что Гёделева теорема о неразрешимости на самом деле говорит об алгоритмах. Вопрос разрешим, если существует алгоритм получения ответа на него. Разрешимость конкретной задачи можно доказать, отыскав такой алгоритм. Понятие неразрешимости глубже, и работать с ним сложнее: необходимо доказать, что таких алгоритмов не существует. Бесполезно и пытаться, если у вас нет точного определения алгоритма. Гёдель, по существу, разобрался с этим вопросом, рассматривая алгоритм как доказательство в рамках аксиоматической системы. Тьюринг же начал размышлять о том, как формализовать алгоритмы в целом.

* * *

В 1935 г. он стал членом Королевского колледжа за независимое открытие центральной предельной теоремы в теории вероятностей, которая обеспечивает некоторое логическое обоснование широкому использованию «колоколообразной кривой», или нормального распределения, в статистическом анализе. Однако в 1936 г., с публикацией основополагающей статьи «О вычислимых числах применительно к Entscheidungsproblem» (проблеме разрешимости), на передний план вышли его мысли о теоремах Гёделя. В этой статье Тьюринг доказал теорему о неразрешимости для формальной модели вычислений, которую сегодня называют машиной Тьюринга. Он доказал, что ни один алгоритм не может решить заранее, остановится ли расчет с получением ответа. Его доказательство проще, чем Гёделево, хотя оба они требуют предварительных ухищрений для организации контекста.

Хотя мы говорим о машине Тьюринга, название это относится к абстрактной математической модели, представляющей идеализированную машину. Тьюринг называл ее а-машиной, где «а» означает «автоматическая». Машину эту можно представить в виде ленты, разделенной на последовательные ячейки, которые могут либо быть пустыми, либо содержать какой-нибудь символ. Лента – это память машины, она ничем не ограничена, но конечна. Если вы подошли к концу, добавьте еще несколько клеток. Некая головка, размещенная над начальной ячейкой, считывает находящийся в ней символ. Затем она сверяется с таблицей, в которой размещены правила перехода (программа, заданная пользователем), записывает в клетку какой-нибудь символ (заменяя им то, что было там до этого) и сдвигает ленту на одну ячейку вперед. Затем, в зависимости от таблицы и символа, машина либо останавливается, либо выполняет инструкции, которые таблица предписывает для символа в ячейке, на которую она передвинулась.