Мы восхищаемся Птолемеем по многим причинам, но, прежде всего, потому, что он серьезно и ответственно выполнил свою работу теми средствами, которыми располагал. В соответствии с уровнем знаний того времени, его система блестяще продумана, математически оформлена и обладает огромными преимуществами по сравнению с пред шествующими. Наблюдения Птолемея терпеливы, тщательны и по возможности полны, а его математические вычисления точны. Более того, его математическая система сложна, насколько это необходимо, одновременно проста, насколько это допустимо, и содержит все, что нужно для ее применения. Короче говоря, он был образцом настоящего ученого.

Потребовались долгие годы и длительные дискуссии, прежде чем астрономия сумела выйти за рамки его представлений – и в этом состоит признание его достижений. Такой шаг стал возможен, потому что после Птолемея уже нельзя было опираться на магию, фантазию или принимать желаемое за действительное. Последователи Птолемея в эпоху великих астрономических открытий вынуждены были играть по его правилам: вести тщательные наблюдения, выполнять точные математические расчеты и предлагать системы, балансирующие на грани сложности и простоты. Птолемей бросил вызов последующим поколениям ученых – и они смогли превзойти его. Мы многим ему обязаны.

Моим первым знакомством с элегантностью в науке стала короткая научно-популярная книга под названием «Сим мет рия», написанная авторитетным математиком Германом Вейлем. Я обнаружил эту книгу на четвертом курсе и затем перечитывал некоторые ее фрагменты раз в несколько лет. Начиная с простого эстетического объяснения симметрии для рядового читателя, автор приводит любопытные примеры из искусства, архитектуры, различных орнаментов и биологии. В четвертой, и последней, главе Вейль, тем не менее, обращается к точной науке и рассказывает об элементах теории групп – математических понятиях, которые превращают симметрию в мощный инструмент.

Демонстрируя его возможности, Вейль поясняет, как теория групп может быть использована для объяснения формы кристаллов. Кристаллы завораживают нас своими красивыми гранеными формами. Большинство горных пород содержит смесь различных минералов, каждый из которых образует кристаллы, но их грани, сформированные рядом, прижатые друг к другу или испытавшие воздействие стихии, неразличимы. Случается, однако, что те же самые минералы образуют крупные, отдельные кристаллы – именно их мы считаем наиболее эстетически привлекательными. «Оксид алюминия», быть может, звучит не слишком впечатляюще, но добавьте немного хрома, дайте природе достаточно времени, и вы получите рубин, достойный короля.

Грани встречающихся в природе кристаллов расположены под определенными углами, соответствующими ограниченному числу типов симметрии. Почему предпочтение отдается тем или иным формам? Какую научную информацию они несут? Вейль объясняет, как получить ответы на эти вопросы с помощью, на первый взгляд, не связанной с ними отвлеченной математики, отвечающей на другой вопрос: какие формы следует использовать, чтобы выложить мозаикой плоскость или заполнить пространство, если все формы одинаковы, соприкасаются сторонами и не оставляют свободного места?

Эту задачу можно решить с помощью квадратов, прямоугольников, треугольников, параллелограммов и шестиугольников. Возможно, вы полагаете, что с таким же успехом годятся и другие многоугольники – попробуйте, и вы убедитесь, что других возможностей не существует. Пяти-, семи и восьмиугольники, как и остальные правильные многоугольники, не совмещаются друг с другом таким образом, чтобы не оставалось свободного пространства. Книга Вейля перечисляет все математически возможные решения – в общей сложности 17 для двух измерений (так называемые «узоры обоев») и 230 для трех.