.
Будь Тьюринг жив сегодня, он бы наверняка принял самое активное участие в современных разработках в области вычислений, включая, весьма вероятно, и теоретические исследования в сфере квантовых компьютеров. Его работе не мешала бы первобытная нетерпимость к людям иной сексуальной ориентации, господствовавшая тогда и определенно поспособствовавшая его преждевременной смерти. Но неизменными остались бы понятия алгоритмов и универсальных вычислений, в становлении и развитии которых сыграла такую важную роль изобретенная им машина, удивительная по своей оригинальности и простоте.
Глава 6. Музыка сфер
Разве нельзя описать музыку как математику чувств, а математику как музыку разума? Музыкант чувствует математику, математик мыслит музыкой: музыка – мечта, математика – жизнь и работа.
Музыка в своей основе математична. Математику часто называют универсальным языком, который можно использовать для установления контакта с разумными существами из других миров. Но и музыке присуща та же универсальность, и кстати, мы уже отправили образцы земной музыки к звездам в надежде, что тамошние обитатели услышат ее и поймут что-то о существах, сотворивших ее.
Космический зонд “Вояджер-1”, запущенный 5 сентября 1977 года, недавно стал первым из созданных человеком объектов, вышедших в межзвездное пространство. Пролетев мимо Юпитера и Сатурна, он устремился к границам Солнечной системы и в 2012 году пересек гелиопаузу – границу, где заканчивается действие магнитного поля Солнца и начинается влияние общегалактического магнитного поля. “Вояджер-2”, запущенный в том же году, также направляется к звездам, но в другом направлении. Оба аппарата-близнеца остаются в контакте с Землей и отправляют домой данные о результатах немногочисленных научных экспериментов, на проведение которых пока хватает истощающихся запасов энергии; но ни один из них в обозримом будущем не приблизится к другой звездной системе. Скорость их так мала по сравнению с гигантскими межзвездными расстояниями, что им понадобились бы десятки тысяч лет, чтобы долететь даже до ближайшей звезды, Проксимы Центавра, и то только при условии, что они направлялись бы к ней по прямой траектории (а это не так).
По расчетам НАСА, “Вояджер-1” приблизится на расстояние 1,6 светового года к звезде Глизе 445, а “Вояджер-2” – на расстояние 1,7 светового года к звезде Росс 248 примерно через 40 000 лет. К этому нескорому времени ни один из аппаратов уже давно не будет функционировать. Но сами станции могут миллионы лет путешествовать по Млечному Пути, оставаясь в целости и сохранности, и, как знать, может быть, когда-то будут обнаружены представителями какой-нибудь развитой цивилизации, которые заинтересуются происхождением и создателями аппаратов. На этот маловероятный случай на борту каждого из зондов находится послание в виде позолоченной медной грампластинки, на которой записаны звуки и изображения, дающие представление о разнообразии форм жизни, среде и различных культурах на планете Земля. Помимо 116 изображений, коллекции звуков природы и приветствий на 57 языках, на золотой пластинке “Вояджера” записано 90 минут музыки различных эпох и стран мира, в том числе фрагменты “Весны священной” Стравинского, индонезийского гамелана, Бранденбургского концерта № 2 Баха и Johnny B. Goode Чака Берри. К пластинке предусмотрительно приложено устройство для воспроизведения записи и закодированные инструкции. Остается, правда, вопрос: если инопланетные существа, найдя одну из золотых пластинок, и умудрятся проиграть записанную на ней музыку, поймут ли они, что это такое? Впрочем, если, наоборот, нам когда-либо доведется услышать произведения инопланетных композиторов, сможем ли мы признать в этих звуках музыку?
Золотая пластинка “Вояджера”.
Один из авторов этой книги (Дэвид) – автор и исполнитель песен, записавший альбом Songs of the Cosmos[26], в котором объединяются наука и музыка, например, в композиции Dark Energy[27]. Но наука в музыке не ограничивается песнями на научную тематику, она – органичная часть самого процесса создания музыки. Математика лежит в основе соотношений между нотами и самой структуры музыкальных строев.
Первыми существование тесной связи между музыкой и математикой открыли древние греки. Пифагор и его последователи в VI веке до нашей эры построили целый культ вокруг учения о том, что “в основе всего лежит число”, а особняком среди всех стоят целые числа. Каждое из чисел от 1 до 10, считали они, имеет уникальный характер и назначение: 1 – основа всех остальных чисел, 2 олицетворяет суждение, 3 – гармонию, и так далее до числа 10, которое имело название “тетрактис” и считалось самым важным, поскольку является треугольным числом, представляющим собой сумму первых четырех чисел – 1, 2, 3 и 4. Четные числа считались женскими, а нечетные – мужскими. Пифагорейцев очень обрадовало их открытие, что самые гармонично звучащие интервалы в музыке соответствуют отношениям целых чисел. Те самые числа, которые так почитались на интеллектуальном уровне, в соотношении друг с другом еще и определяли наиболее благозвучные сочетания нот. Вибрирующая струна, прижатая на половине ее длины (1:2), звучит на октаву выше, чем открытая. Струна, прижатая таким образом, чтобы длина ее вибрирующей части относилась к полной длине как 2:3, дает интервал, называемый чистой квинтой (поскольку это пятая нота в гамме, а в сочетании с основным тоном она дает гармонически чистое звучание). Аналогично отношение 3:4 дает чистую кварту, а 4:5 – большую терцию[28]. Поскольку частота звука зависит от единицы, деленной на длину струны, эти дроби также указывают на соотношение между частотами нот.
Самое простое (помимо октавы) соотношение – чистая квинта – служит основой “пифагорова строя”, названного так потому, что современные музыковеды приписывают его создание Пифагору и его единомышленникам. Возьмите какую-нибудь ноту, например ре. Теперь возьмите ноты на чистую квинту выше и на чистую квинту ниже – получите ля и соль того же звукоряда. Чтобы получить следующие ноты, отложите чистую квинту вверх от ля и чистую квинту вниз от соль, и так далее. В конце концов мы получим вот такой звукоряд из 11 нот с ре в середине:
ми-бемоль – си-бемоль – фа – до – соль – ре – ля – ми – си – фа-диез – до-диез – соль-диез
В таком виде этот ряд охватывает очень широкий диапазон частот. Чтобы сыграть его на фортепиано, понадобится 77 клавиш. Чтобы сделать его более компактным, низкие ноты переносят в более высокую октаву, удваивая или учетверяя их частоту, а высокие ноты таким же образом переносят вниз на одну-две октавы. В результате такого “сжатия” получается базовая октава. Пифагоров строй использовался западными музыкантами почти до конца XV века, пока не стали очевидны его недостатки: многие произведения было просто невозможно исполнить на настроенных таким образом инструментах.
Восхищение, в которое привела пифагорейцев открытая ими связь между простыми соотношениями длин вибрирующих струн и благозвучием музыкальных интервалов, и их убежденность в том, что в основе вселенной лежат целые числа, заставили их свято уверовать в то, что и в небесах действуют те же законы гармонии между музыкой и математикой. Согласно космологии пифагорейцев, в центре физического пространства находится великий огонь. Вокруг него по прозрачным сферам движутся по кругу десять небесных тел, по порядку от центра: Противоземля, Земля, Луна, Солнце, пять известных планет, или “странствующих звезд” (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн), и, наконец, неподвижные звезды. Промежутки между сферами соответствуют гармоническим соотношениям длин струн, поэтому движение сфер производит звук (неслышимый для человеческого уха), называемый “гармонией сфер”.
Греческие слова harmonia (“соединение”, “согласие”) и arithmos (“число”) восходят к одному индоевропейскому корню, ar, который также встречается в таких словах, как rhythm (“ритм”) и rite (“ритуал”). Гармония, кроме того, это еще и греческая богиня мира и согласия – подходящее призвание, если учесть, что ее родителями были богиня любви Афродита и бог войны Арес. Представление пифагорейцев о том, что музыкальные гармонии заложены в самом расстоянии между небесными телами, сохранялось до конца Средневековья. Философские принципы Musica Universalis (музыки вселенной) стали частью квадривиума – академического цикла из четырех дисциплин, включающего арифметику, геометрию, музыку и астрономию, который преподавался в средневековых университетах Европы после тривиума (грамматики, логики и риторики) и был основан на высшей ступени платоновской системы образования. В основе квадривиума лежало изучение чисел в различных формах: чистых чисел (арифметика), чисел в абстрактном пространстве (геометрия), чисел во времени (музыка) и чисел в пространстве и времени (астрономия). Вслед за Пифагором увидел тесную связь между музыкой и астрономией и Платон, считая их воплощением красоты простых математических соотношений: музыка услаждает слух, астрономия – взор. Воздействуя на разные органы чувств, и то и другое выражает единство, обусловленное лежащей в их основе математикой.
Более двух тысяч лет спустя немецкий астроном Иоганн Кеплер пошел еще дальше в развитии концепции “музыкального космоса”, попытавшись связать в единое “небесное” целое платоновы тела и мелодичные звуки. Кеплер верил в астрологию и был глубоко религиозен, как и многие другие интеллектуалы того времени, но он был также одним из выдающихся деятелей научной революции эпохи Возрождения. Наибольшую известность Кеплеру принесли три закона движения планет, сформулированные им на основе результатов астрономических наблюдений датского аристократа Тихо Браге. В начале своей карьеры Кеплер увлекся идеей существования некоей геометрической основы, которой обусловлены промежутки между планетными орбитами. В изданном в 1596 году труде