Как не ошибаться. Сила математического мышления

Возможность для маневра и имена раввинов

Дешифровщики Библии не писали десять тысяч версий своей статьи и не отправляли их в десятки тысяч статистических журналов. Именно поэтому сначала трудно понять, что общего между их историей и аферой балтиморского брокера.

Однако, когда математики взялись за решение «трудной, но интересной» задачи, которую Касс поставил перед ними в своем предисловии, и попытались объяснить результаты расшифровки библейского кода иначе, чем «Так сделал Бог», они обнаружили, что этот вопрос не настолько прост, как его пытались подать Вицтум и его коллеги. Тон задали австралийский специалист по теории вычислительных систем Брендан Маккей и израильский математик, работавший тогда в Еврейском университете в Иерусалиме Дрор Бар-Натан. Они высказали важное замечание, что у средневековых раввинов не было паспортов или свидетельств о рождении, в которых были бы указаны их официальные имена. Раввинов часто называли несколькими именами, поэтому разные авторы могли именовать их по-разному. Например, если бы Дуэйн «Скала» Джонсон был знаменитым раввином, под каким именем вы искали бы предсказание о его рождении в Торе – Дуэйн Джонсон, Дуэйн «Скала» Джонсон, Д. С. Джонсон или по всем вместе?

Такая неопределенность создает некоторое пространство для маневра, которым могут воспользоваться искатели библейских кодов. Возьмем в качестве примера раввина Авраама бен Дов Бер Фридмана, хасидского мистика XVIII столетия, который жил и работал в местечке Фастов на Украине. Вицтум, Рипс и Розенберг используют в качестве его имени раввин Авраам и Ха-Малах («ангел»). Но почему, спрашивают Маккей и Бар-Натан, они используют имя Ха-Малах, а не раввин Авраам Ха-Малах – имя, под которым реббе тоже был известен?

Маккей и Бар-Натан пришли к выводу, что такая возможность для маневра в выборе имен привела к существенному изменению качества полученных результатов^[168]. Они выбрали другие имена раввинов, причем их выбор, по мнению исследователей Библии, был таким же обоснованным, как и выбор Вицтума (правда, один раввин назвал эти два списка «в равной мере ужасными»)^[169]. В итоге Маккей и Бар-Натан обнаружили, что с новым списком произошло нечто поразительное. Тора как будто больше не указывала ни на даты рождения, ни на даты смерти выдающихся раввинов. Зато в романе «Война и мир», изданном на иврите, они попали в точку, определив имена раввинов и соответствующие даты почти с такой же точностью, как это было сделано Вицтумом по Книге Бытия.

Что бы все это могло значить? Уверяю вас, совсем не то, что Лев Толстой написал свой роман, включив в него скрытые имена раввинов, которые предполагалось раскрыть, когда будет создана современная версия иврита и когда на него переведут классические произведения мировой литературы. Маккей и Бар-Натан скорее поднимают важный вопрос о силе возможности для маневра. Пространство для маневра – это то, что есть у балтиморского брокера, формирующего для себя множество шансов на выигрыш. Пространство для маневра – это то, что есть у инвестиционной компании, когда в ней принимают решение, какие взаимные фонды, втайне проходящие процесс инкубации, можно отнести к числу победителей, а какие непригодны для дальнейшей работы. Пространство для маневра – это то, что использовали Маккей и Бар-Натан, чтобы составить список имен раввинов, которые прекрасно совпали с последовательностями букв в романе «Война и мир». Когда вы пытаетесь сделать достоверные выводы из маловероятных событий, возможность для маневра – ваш враг.

Впоследствии была опубликована статья, в которой шла речь о том, что Маккей и Бар-Натан попросили Симшу Эмануэла, преподавателя Талмуда, работавшего тогда в Тель-Авивском университете, составить еще один список имен раввинов, на этот раз не предназначенный для поиска соответствий ни с Торой, ни с романом «Война и мир»^[170]. Совпадение имен из этого списка с Торой было совсем ненамного выше обычной случайности. (О том, что получилось с романом Толстого, в статье не сообщается.)

Маловероятно, чтобы любой заданный набор имен раввинов был связан с их датами рождения и смерти в Книге Бытия. Однако при таком разнообразии способов выбора имен нельзя отвергать вероятность того, что среди всех вариантов выбора найдется один вариант, который создаст впечатление, будто в Торе содержится множество настоящих предсказаний. При достаточном количестве шансов найти коды не составит труда. Сделать это еще легче, если использовать менее научный подход Майкла Дроснина к поиску кодов. О людях, которые скептически относятся к идее библейского кода, Дроснин сказал следующее: «Когда мои критики найдут послание об убийстве премьер-министра в романе “Моби Дик”, я им поверю». Маккей тут же отыскал в тексте романа «Моби Дик» эквидистантные последовательности букв, указывающих на убийство Джона Кеннеди, Индиры Ганди, Льва Троцкого и вдобавок самого Дроснина. Когда я пишу эти строки, Дроснин живет и здравствует, несмотря на пророчество. Он пишет в 2010 году третью книгу о библейском коде, при ее продвижении на рынок в одном из выпусков New York Times было размещено рекламное объявление, занявшее целую полосу^[171]. В нем Дроснин предупреждает президента Обаму, что, согласно последовательностям букв в Священном Писании, у Усамы бен Ладена, возможно, уже есть ядерное оружие.

Вицтум, Рипс и Розенберг настаивают на том, что они не похожи на хозяев взаимных фондов, демонстрирующих инвесторам только те эксперименты, которые обеспечивают максимально возможные результаты, а также что их точный список имен был выбран заранее, еще до проведения тестов^[172]. И это вполне может быть правдой. Даже если все действительно так, поразительный успех в поиске библейских кодов предстает совсем в другом свете. Тот факт, что в Торе, так же как и в романе «Война и мир», можно отыскать какую-то версию имен раввинов, не вызывает удивления. Чудо – если оно действительно произошло – состоит в том, что Вицтума и его коллег что-то подтолкнуло к тому, чтобы выбрать именно те версии имен, по которым в Торе найдены самые близкие соответствия.

Однако есть одна нерешенная проблема, которая должна вызывать у вас некоторое беспокойство. Маккей и Бар-Натан убедительно доказали, что в структуре эксперимента Вицтума было достаточно возможности для маневра, чтобы объяснить библейские коды. Однако статья Вицтума была проверена посредством стандартных статистических тестов – тех самых, которые ученые используют для оценки заявлений по поводу всего, от лекарственных препаратов до экономической политики. В противном случае его статья не была бы принята журналом Statistical Science. Но, если работа прошла проверку, разве не должны мы принять и сделанные в ней выводы, какими бы странными они нам ни казались? Или сформулируем иначе: если мы можем спокойно отбросить выводы исследования Вицтума, то отвечает ли это нашим представлениям о надежности стандартных статистических тестов?

В любом случае подобная постановка вопроса должна вызывать у нас некоторую тревогу. Оказывается, ученые и статистики давно уже этим обеспокоены – независимо от исследований Торы.

Глава седьмая. Есть ли у дохлой рыбы эмоциональная реакция

Дело вот в чем: шумиха по поводу библейского кода была поднята не просто так, поскольку это отнюдь не единственный случай, когда с помощью стандартных статистических инструментов получали результаты, более напоминающие магию. Одна из актуальных тем в медицинской науке – функциональная нейровизуализация. Появление все более и более точных сенсорных датчиков открывает перед современными учеными возможность наблюдать в реальном времени, как человеческие мысли и чувства вспыхивают среди синапсов. Во время ежегодной конференции Организации по нейровизуализации головного мозга человека (The Organization for Human Brain Mapping, OHBM), которая проводилась в Сан-Франциско в 2009 году, нейробиолог из Санта-Барбары Крейг Беннетт представил стендовый доклад под названием «Нейронные корреляты видения ситуации с межвидовой точки зрения, полученные после смерти атлантического лосося: аргумент в пользу коррекции множественных сравнений результатов»^[173]. Понадобится какое-то время, чтобы осознать, что подразумевали авторы под сугубо специальными терминами, но затем становится очевидным весьма необычный характер представленных в докладе выводов. Мертвую рыбу подвергли сканированию с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ); исследователи показывали рыбе серию фотографий людей в разных ситуациях и, к своему удивлению, отметили определенную активность умершего мозга. Дохлая рыба практически правильно оценивала эмоции людей, изображенных на фотографиях. Полученный результат оказался бы впечатляющим даже для живого человека или живой рыбы, но в случае мертвой… этот эксперимент тянул на полную Нобелевскую премию!

Разумеется, данное исследование было не более чем шуткой, представленной в крайне серьезном тоне. (Причем прекрасно разыгранной. Особенно мне понравилось строгое описание эксперимента. «Предмет исследования: один зрелый атлантический лосось (Salmo salar), подвергнутый исследованию МРТ. Особь длиной примерно 18 дюймов и весом 3,8 фунта^[174]; мертвая на момент сканирования. Методы: для ограничения движения лосося во время сканирования в головную катушку была залита пена, что оказалось излишним, поскольку двигательная активность испытуемого была крайне низкой»^[175].) Розыгрыш, устроенный группой Крейга Беннетта, подобно всем шуткам, содержит завуалированную критику, в данном случае адресованную специалистам по нейровизуализации, допускающим методологическую небрежность в своих исследованиях, что часто влечет за собой ошибочные умозаключения. Просто они забывают об одной фундаментальной истине – маловероятные события случаются довольно часто^[176].

Нейробиологи делят сканограмму фМРТ на десятки тысяч маленьких фрагментов, которые называются «вокселы»^[177]. Каждый из них соответствует небольшому участку головного мозга. Когда сканируется мозг, пусть даже мозг холодной дохлой рыбы, через каждый воксел проходит определенное количество случайного шума. Маловероятно, что такой шум приведет к появлению пика на сканограмме именно в ту минуту, когда рыбе показывают фотографию человека с ярко выраженной эмоцией. Однако нервная система, состоящая из десятков тысяч вокселов, очень велика. И также велика вероятность, что один из вокселов предоставит данные, которые смогут прочитываться как реакция на фотографии. Именно этот момент выяснили Беннет и его коллеги: они обнаружили две группы вокселов, отреагировавших на человеческие эмоции, – одну в средней мозговой полости, а другую в верхнем сегменте позвоночника. Статья Беннетта предупреждает всех нас, что в современную эпоху, когда без труда получают огромные массивы данных, стандартные методы оценки результатов – то, как мы проводим грань между реальным явлением и случайной помехой, – оказались под большим вопросом. Если даже почивший навсегда лосось удачно проходит проверку на эмпатию, то необходимо срочно и очень серьезно задуматься: достаточно ли строгие критерии доказательства мы используем.

Чем больше вы оставляете себе шансов на то, чтобы испытать удивление, тем выше должен быть ваш порог удивления. Если кто-то, исключивший из своего рациона все злаки, выращенные в Северной Америке, пишет в интернете, что сбросил почти семь килограммов веса и избавился от экземы, вы не должны воспринимать сей факт как веское доказательство в пользу диеты, подразумевающей полный отказ от потребления кукурузы. Если кто-то выпустит книгу о такой диете, а тысячи людей, купив эту книгу, попробуют на себе эту диету, велика вероятность, что только по случайному стечению обстоятельств на следующей неделе один из читателей сбросит вес и его кожа станет чистой. Именно он, этот счастливчик, зарегистрируется на сайте под именем saygoodbye2corn452^[178] и разместит там свой взволнованный отзыв. Но все остальные – все, кто опробовал волшебную диету и не достиг желаемых результатов, – они просто промолчат.

Поистине неожиданный результат работы Беннетта заключается не в том, что один или два воксела в мозгу мертвой рыбы прошли статистический тест. Важно другое: в очень большом количестве статей по нейровизуализации, которые он изучил, даже речи не шло об использовании статистической защиты (метод, известный как «коррекция множественных сравнений результатов», или «коррекция на множественное тестирование»), принимающей во внимание вездесущность маловероятного. Без такой коррекции ученые рискуют каждый раз воссоздавать своего рода аферу балтиморского фондового брокера, втягивая в нее не только себя, но и своих коллег. Испытывать возбуждение по поводу дохлой рыбы, чьи вокселы отреагировали на фотографии, и игнорировать все остальные параметры – так же опасно, как и приходить в волнение из-за потока информационных писем с якобы правильными прогнозами курса акций и при этом не учитывать наличие других рассылок, с ошибочными прогнозами.

Вычисления в обратном порядке, или почему алгебра столь трудна для понимания

В процессе обучения есть два опасных поворота, из-за которых у многих детей возникают трудности с изучением математики. Первый наступает в начальной школе, когда вводится понятие дроби. До этого момента любое число было натуральным, одним из ряда 0, 1, 2, 3… Такие числа представляют собой ответ на вопрос «сколько?»^[179]. То есть пока мы имели дело с весьма простым понятием, настолько примитивным, что, если довериться слухам, его постигают даже многие животные^[180]. Переход от этого понятия к гораздо более широкой концепции, где число может означать «какая часть», – слишком серьезный шаг, который можно приравнять к мировоззренческому сдвигу. («Бог создал натуральные числа. Все остальное – творение человека», – сказал Леопольд Кронекер, алгебраист XIX столетия.)

Второй опасный поворот – алгебра. Почему она так трудна для понимания? Потому что до появления алгебры все числовые вычисления выполняются сугубо алгоритмически. Вы вводите определенные числа в некое устройство для выполнения операции сложения, умножения или (в школах с традиционным подходом к обучению) даже деления столбиком – и, повернув рычаг, получаете на выходе результат.

Алгебра представляет собой нечто иное. Это вычисления в обратном порядке. Предположим, вам нужно решить такой пример:

x + 8 = 15

Вы знаете, что получено на выходе данного устройства для операции сложения (а именно 15); вам необходимо методом обратных вычислений определить, что было введено в это устройство вместе с числом 8.

В данном случае, как вам наверняка объяснил учитель математики в седьмом классе, можно выполнить перенос из одной части уравнения в другую, чтобы известные числа оказались с одной стороны:

x = 15 – 8

После этого можно просто ввести числа 15 и 8 в устройство для выполнения операции вычитания (позаботившись при этом, чтобы числа вводились в правильном порядке), определив таким способом, что x должен быть равен 7.

Однако не всегда все так просто. Возможно, вам понадобится решить квадратное уравнение такого типа:

x² – x = 1.

Я уже слышу ваши протесты! Да что вы говорите? Серьезно?

Действительно, с какой стати вам вообще делать это, если только вы не получили от учителя такого задания?

Помните ту ракету из второй главы? Ведь она и поныне все еще бешено мчится к вам.

Возможно, вы уже знаете: эта ракета запущена с высоты 100 метров над поверхностью земли и движется вверх со скоростью 200 метров в секунду. Если не было бы силы тяжести, она продолжала бы лететь вверх по прямой в соответствии с законами Ньютона, каждую секунду поднимаясь на очередных 200 метров. Через x секунд ракета была бы расположена на высоте, которую описывает следующая линейная функция:

высота = 100 + 200x.

Однако существует такая вещь, как сила тяжести, которая изгибает траекторию движения ракеты и заставляет ее двигаться по кривой назад, к поверхности земли. Оказывается, это воздействие силы тяжести можно описать уравнением, содержащим квадратичный член:

высота = 100 + 200x – 5x²,

где знак минуса стоит перед квадратичным членом только потому, что сила тяжести толкает ракету вниз, а не вверх.

Существует много вопросов, которые вы можете задать по поводу летящей к вам ракеты, однако самый важный из них звучит просто: когда же она наконец приземлится? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить, когда высота местоположения ракеты будет равна нулю, другими словами – найти значение x, при котором уравнение приобретет такой вид:

100 + 200x – 5x² = 0.

Совершенно непонятно, как именно в этом уравнении следовало бы выполнить перестановку, чтобы найти x. Может быть, вам и не понадобится этого делать. Метод последовательного приближения – это мощное оружие. Если в представленную выше формулу подставить x = 10, чтобы увидеть, на какой высоте будет ракета через 10 секунд, получится 1600 метров. Подставьте x = 20 – и получите 2100 метров – значит, ракета все еще летит вверх. При x = 30 вы снова получите 1600 метров, а это значит, что пик уже пройден. При x = 40 ракета снова окажется на высоте 100 метров над поверхностью земли. Можно было бы прибавить еще 10 секунд, но, когда мы настолько близки к столкновению, это наверняка слишком большой промежуток времени. Подставив в формулу x = 41, вы получите −105 метров. Это не означает, что, согласно вашим оценкам, ракета ушла под землю; скорее, это означает, что столкновение уже произошло, поэтому ваша красивая, чистая модель движения ракеты, как говорят в баллистике, больше не работает.

Итак, если 41 секунда – слишком много, как насчет 40,5 секунды? Это значение дает −1,25 метра, чуть меньше нуля. Переведите часы еще немного назад, на 40,4 секунды – и получите 19,2 метра, а значит, столкновение еще не произошло. Как насчет 40,49 секунды? Очень близко, всего 0,8 метра над поверхностью земли. Данный процесс можно продолжать и дальше.

Как видите, применяя метод подбора, осторожно перемещая стрелку часов то вперед, то назад, можно получить настолько близкое значение времени столкновения ракеты с землей, насколько захотите.

Но действительно ли мы «решили» уравнение? Скорее всего, вы не позволите себе ответить утвердительно; ведь даже если вы продолжите корректировать свои догадки по поводу времени столкновения ракеты с поверхностью земли, пока не получите

40,4939015319…

секунды после запуска ракеты, все равно у вас нет самого ответа, а есть только его приближенное значение. Однако на практике нет необходимости определять время столкновения до миллионной доли секунды, не так ли? Пожалуй, вполне довольно было бы сказать «около 40 секунд». Попытавшись получить любой более точный ответ, вы только потратите время зря. Кроме того, по всей вероятности, этот ответ все равно будет неправильным, поскольку наша простая модель движения ракеты не учитывает многие другие факторы, такие как сопротивление воздуха, изменение сопротивления воздуха в зависимости от погоды, вращение самой ракеты и так далее. Воздействие всех факторов может быть незначительным, но их достаточно для того, чтобы удержать вас от попыток определить время встречи ракеты с землей с точностью до микросекунды.

Если вам действительно необходимо точное решение, не беспокойтесь – вам поможет формула корней квадратного уравнения. Возможно, когда-то в прошлом вы уже проходили эту формулу, но вряд ли вы сейчас ее вспомните. Правда, может быть, у вас феноменальная память? Или вам только двенадцать лет? В таком случае вот она: если х – это решение уравнения

c + bx + ax² = 0

где a, b и c – это какие угодно числа, тогда

В случае с ракетой c = 100, b = 200, а a = −5. Следовательно, согласно данной формуле корней квадратного уравнения х равно:

Большинство символов, присутствующих в этой формуле, можно ввести в калькулятор, но есть один забавный символ, выпадающий из общего ряда: символ ±. Создается впечатление, будто знак плюс и знак минус очень любят друг друга, что не так уж далеко от истины. Этот символ говорит: хотя мы и начали свое математическое предложение с утверждения о том, что

х =

в итоге мы все равно окажемся в состоянии неопределенности. Символ ± (подобно пустой фишке в игре Scrabble) можно прочитать и как +, и как −, в зависимости от того, что мы выберем. Каждый сделанный нами выбор позволяет получить значение х, при котором выполняется уравнение 100 + 200x – 5x² = 0. Следовательно, у этого уравнения не одно, а два решения.

Тот факт, что этому уравнению удовлетворяют два значения х, можно определить на глаз, даже если вы давно забыли формулу корней квадратного уравнения. Для этого можно нарисовать график уравнения y = 100 + 200x – 5x², получив красивую перевернутую параболу:

Горизонтальная линия – ось х; на ней расположены те точки на плоскости, ордината которых равна 0. Когда кривая y = 100 + 200x – 5x² пересекается с осью х, должно быть верно как то, что y равно 100 + 200x – 5x², так и то, что y = 0; следовательно, 100 + 200x – 5x² = 0 – в точности то уравнение, которое мы пытаемся решить, только теперь оно представлено в геометрическом виде, а вопрос состоит в пересечении кривой с горизонтальной осью.

Геометрическая интуиция подсказывает: если такая парабола расположена над осью х, она должна пересекать эту ось в двух точках – ни больше, ни меньше. Другими словами, существует два значения х, при которых 100 + 200x – 5x² = 0.

Так какие это значения?

Если мы интерпретируем символ ± как «плюс», то получим

x = 20 + 2√105,

что равно 40,4939015319… – тот же ответ, который мы получили методом последовательного приближения. Но, выбрав знак «минус», мы получим

x = 20 – 2√105,

что равно –0,4939015319…

В качестве ответа на наш первоначальный вопрос это решение в каком-то смысле абсурдно. В ответ на вопрос: «Когда ракета ударит по мне?» – нельзя сказать: «Полсекунды назад».

Тем не менее это отрицательное значение х представляет собой решение данного уравнения, а когда математика говорит нам что-то, мы должны хотя бы попытаться прислушаться к ней. Что означает отрицательное число? Вот один из способов понять это. Мы сказали, что ракета была запущена с высоты 100 метров над поверхностью земли, со скоростью 200 метров в секунду. Однако на самом деле это означало только то, что в момент времени 0 ракета двигалась вверх с указанной скоростью с данного местоположения. Что если на самом деле ракета была запущена из другого места? Может быть, запуск ракеты произошел не в момент 0 с высоты 100 метров, а немного раньше, причем прямо с поверхности земли. В какое же время это произошло?

Расчеты говорят нам о следующем: существует в точности два момента времени, в которые ракета находится на уровне земли. Один момент – 0,4939… секунды назад. Именно в это время ракета была запущена. Другой момент – через 40,4939… секунды от настоящего момента. В это время ракета приземлится.

Вполне возможно, что получение двух ответов на один и тот же вопрос не кажется вам проблематичным, особенно если вы привыкли иметь дело с формулой корней квадратного уравнения. Однако, если вам исполнилось всего двенадцать лет, это порождает настоящий мировоззренческий сдвиг. Вы провели шесть долгих лет учебы в школе, пытаясь разобраться, в чем же ответ, а теперь выясняется, что такой вещи вообще нет.

И это только квадратные уравнения! А если вам придется решить такое уравнение:

x³ + 2x² – 11x = 12?

Это кубическое уравнение, другими словами, уравнение, в котором есть х, возведенный в третью степень. К счастью, существует формула корней кубического уравнения, позволяющая посредством прямых вычислений определить, какое значение х можно ввести в решающее устройство, повернуть рычаг и получить ответ 12. Но вы не учили в школе формулу корней кубического уравнения, поскольку это достаточно сложное уравнение, составленное только в конце эпохи Возрождения, когда странствующие алгебраисты скитались по всей Италии, втягивая друг друга в ожесточенные математические баталии, в которых ставкой выступало решение уравнений, а на кону стояли деньги и статус. Немногие математики, знавшие формулу корней кубического уравнения, держали ее в секрете и записывали только в виде зашифрованных стихов^[181].

Но это длинная история. Суть в том, что метод обратных вычислений довольно сложен.

Трудность задачи логического вывода (той самой задачи, над решением которой работали исследователи, искавшие в библейские скрытые коды) обусловлена тем, что это именно такая задача. Будь мы ученые, или исследователи Торы, или малыши, изумленно взирающие на тучи, – в любом случае мы имеем дело лишь с наблюдениями. На их основе мы строим гипотезы: из какого исходного материала создан мир, который мы видим? Логический вывод таков: мы столкнулись с трудной задачей, возможно, самой трудной из всех задач. Отталкиваясь от формы туч и их движения, мы проходим обратный путь, чтобы найти х – систему, которая их создала.