Карл ЛевитинГеометрическая рапсодия
Вдохновение нужно в поэзии, как и в геометрии.
Музыка есть радость души, которая вычисляет, сама того не сознавая.
Наука позволяет нам понимать многие сферы материальной и динамической стороны жизни, но великая музыка находит самый близкий путь к глубочайшим истокам духовной жизни человека.
Все прекрасное так же трудно, как и редко.
Пусть никому не будет позволено издавать книги поспешно и преждевременно; наоборот, все должны привыкать оформлять и переоформлять свои труды... работать над ними и перерабатывать их так долго, пока каждая изданная книга не будет отвечать нормам гармонии и согласованности… Что быстро возникает, то быстро и погибает; над чем долго и точно трудятся, то переживает века...
К числу важнейших открытий, к которым пришел за последнее время человеческий ум, бесспорно принадлежит, по-моему мнению, искусство судить о книгах, не прочитав их.
Издательство "Знание" Москва 1984
Рецензенты: Яглом И. М., доктор физико-математических наук, профессор; Виленкин Н. Я., доктор физико-математических наук, профессор.
Главный отраслевой редактор В. П. Демьянов
Редактор Н. Ф. Яснопольский
Мл. редактор Н. А. Васильева
Художник М. А. Дорохов
Худож. редактор Т. С. Егорова
Техн. редактор Н. В. Лбова
Корректор В. Е. Калинина
Об авторе
Карл Ефимович Левитин родился в 1936 году. После окончания Московского энергетического института несколько лет работал во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики. С 1966 года заведует отделом в журнале "Знание — сила". Он автор семи научно-художественных книг, а также более ста статей, очерков и репортажей, опубликованных в разных изданиях в СССР и за рубежом. Лауреат премии Московского отделения Союза журналистов СССР, Всесоюзного общества "Знание".
Книга "Геометрическая рапсодия", в 1976 году вышедшая первым изданием, была переведена в Народной Республике Болгарии в 1980 году.
Предисловие
Своеобразие геометрии, выделяющее ее из других разделов математики, да и всех областей науки вообще, заключается в неразрывном, органическом соединении живого воображения со строгой логикой. В своей сущности и основе геометрия и есть пространственное воображение, пронизанное и организованное строгой логикой. В ней всегда присутствуют эти два неразрывно связанных элемента: наглядная картина и точная формулировка, строгий логический вывод. Там, где нет одной из этих сторон, нет и подлинной геометрии.
Наглядность, воображение принадлежат больше искусству, строгая логика — привилегия науки. Сухость точного вывода и живость наглядной картины — "лед и пламень не столь различны меж собой". Геометрия соединяет в себе эти противоположности, они в ней взаимно проникают, организуют и направляют друг друга. Это относится в конечном счете также к современным абстрактным геометрическим теориям, которые при всей своей возвышенной отвлеченности вырастают из той же геометрической интуиции.
Стоит лишь вспомнить классические творения архитектуры, начиная с древнейших пирамид, как сразу становится очевидным, что геометрия в некотором смысле относится к искусству. Предлагаемая вниманию читателей книга Карла Левитина "Геометрическая рапсодия" представляет собой увлекательный рассказ о геометрии главным образом в этом ее аспекте. Искусство лучше всего воспринимать непосредственно. Тому способствуют гравюры М. К. Эсхера, иллюстрирующие книгу, особенно в той ее части, где они образуют своего рода художественно-геометрический фильм, дающий зрителю редкую возможность увидеть геометрическое начало во многих явлениях природы и красоту — в чисто геометрических конструкциях и построениях.
Так что же от истинного искусства всегда присутствует в истинной геометрии? Словами выразить это затруднительно. Но вглядитесь внимательно в столь естественно вплетенные в ткань книги работы художника, прочтите в ней о вышедших в последние годы трудах, где так неожиданно и оригинально использованы геометрические идеи. Замысловато и любопытно... Не правда ли?
Так и книга, которую вы держите в руках, — я уверен, что она будет прочитана с интересом и пользой.
Академик А. Д. Александров
Увертюра
Математику ошибочно считают наукой трудной, а иногда даже подозрительной только потому, что она имела несчастье быть неизвестной отцам церкви. Между тем она и важна и полезна.
Что-то произошло в самом начале семидесятых годов, отчего математика — не изысканно-утонченная и недосягаемо сложная, почтительно называемая "высшей", а самая обычная, безо всяких превосходных степеней алгебра и особенно геометрия — вновь оказалась в центре людских интересов. То там, то тут стали появляться книги, в которых читателю демонстрировались не одни лишь любопытные и занимательные черточки и штрихи, а полный загадочной прелести облик древнейшей науки, ее строгая красота и кристальной ясности логика[1].
Видимо, и я поддался этому искушению, растворенному в воздухе времени, и, отложив другие дела, стал писать цикл статей, для которого придумал название "Геометрическая рапсодия" — не потому даже, что оно красиво звучало, а просто во всех этих построениях и рассуждениях мне постоянно слышалась прозрачная хрустальная музыка, изящная и завершенная, хотя и бесконечная мелодия.
Вышло уже четыре номера журнала, а собранного и продуманного материала оставалось еще на столько же. Он и лег в основу новой серии очерков, получивших общее название "И видны в саду даже формулы...". Серия имела подзаголовок "Фантазия на тему о правильных, почти правильных, полуправильных и вырожденных много- и сверхмногогранниках", поскольку именно эти привычные и экзотические цветы из сада Геометрии грезились мне в то время во сне и наяву.
Так родилась книга, впитавшая в себя и те журнальные публикации и, естественно, много другого материала.
Между тем общественный интерес к простейшей, но вместе с тем и фундаментальнейшей геометрии отнюдь не снижался. Однажды в редакции появился не знакомый никому из нас человек, во внешности которого явно проглядывало нечто "художественное" (как оказалось, Виктор Николаевич Гамаюнов и в самом деле много лет посвятил профессиональным занятиям живописью) и, очевидно, несовместимое с какими-либо точными науками (в действительности же он был кандидатом технических наук). Он принес несколько страниц машинописи и огромное количество фотографий, которые вместе и составили опубликованный вскоре журнальный материал, начинавшийся словами:
"Дорогая редакция!
Человек, который в наше время все еще пытается найти что-то новое в Платоновых телах, выглядит чудаком, особенно если он профессиональный ученый. Но в том, что я оказался именно в этой роли, косвенно повинен ваш журнал.
Три года назад я защитил диссертацию и... продолжал выводить теорему за теоремой. Занятие это привело меня в такой восторг, что я решил создать даже эмблему этого события в моей жизни, некий прекрасный геометрический символ. И вот в минуту особого удовлетворения проделанной работой я взялся за строительство бумажной люстры, которая постоянно висела бы надо мной и озаряла меня светом геометрических идей.
Разумеется, первыми в голову пришли Платоновы тела, и я безо всякого труда раскроил их ножницами и склеил. Куб, тетраэдр октаэдр, додекаэдр и икосаэдр лежали передо мной, но их геометрическая правильность меня не удовлетворила. Я взялся за тела Кеплера-Пуансо. Три из них — большой додекаэдр, большой и малый звездчатый додекаэдры — я умудрился и раскроить и склеить. Но с последним, четвертым — большим звездчатым икосаэдром — ничего не получалось. Вместо него обычный икосаэдр, который я использовал как исходный пункт, как некое ядро, давал самые странные и необычные тела. Я долго бился над этой задачей, и число невиданных геометрических созданий росло на моем столе. Во всех них просматривалась некая система, какая-то скрытая закономерность. Надо было искать ее, а это значило — начинать новое исследование. Но мне было ясно — дело это никому не нужное, да и, пожалуй, бессмысленное: правильные тела исследованы вдоль и поперек целой армией геометров.
Видимо, я так бы и оставил ножницы и клей в покое, если бы как раз в это время не стали приходить номера "Знание — сила", в которых печаталась статья К. Левитина "И видны в саду даже формулы..." (№ 9, 10 и 11 за 1971 год). Я вдруг почувствовал себя не одиноким. Раз кому-то все еще интересны эти знаменитые тела, значит, их еще стоит пробовать исследовать — пусть даже в тысячу первый раз".
Мы с В. Н. Гамаюновым в те годы стали единомышленниками-"многогранцами" и часто встречались то на выставках архитекторов, художников и дизайнеров, использовавших любимые нами геометрические фигуры для своих суперсовременных проектов, то в мастерских, где клеились необычные макеты совсем уже непривычных нашему глазу строений, а то и в киностудии, где по моему сценарию снимался научно-популярный фильм, посвященный все тем же Платоновым телам. Он назывался "Великолепная пятерка" и удостоился нескольких похвал.
Жизнь таким образом постоянно, хотя и по-разному, поддерживала во мне интерес к геометрической тематике. Вестником следующего ее напоминания явился доставленный в редакцию толстый пакет, уклеенный марками авиапочты. В него была вложена книга на английском языке, название которой я перевел так: "Волшебное зеркало М. К. Эсхера". Знакомство с ней показало, что она представляет собой изложение любо