Число, пришедшее с холода. Когда математика становится приключением

Фактически существует весьма простой математический метод, с помощью которого можно получать лишенные периодичности последовательности цифр после запятой. Например, извлечение квадратного корня. Рассмотрим для примера число 10. Будем искать число, которое при возведении в квадрат дало бы в результате 10, но мы его не найдем. 3² = 3 × 3 = 9, то есть тройка — слишком малое число, а 4² = 4 × 4 = 16, то есть четверка — слишком большое. Перспективными представляются два десятичных числа с одним знаком после запятой — 3,1 и 3,2, ибо 3,1² = 3,1 × 3,1 = 9,61, а 3,2² = 3,2 × 3,2 = 10,24. Но в первом случае мы снова получаем небольшой недостаток, а во втором — небольшой избыток. Попробуем поступить по-другому. Можно представить, что калькулятор выдаст значение такого числа, если мы зададим действие: извлечь квадратный корень из числа 10. Восьмиразрядный калькулятор выдаст на дисплее следующий результат: 3,1622777. Но, оказывается, и это не окончательный результат. Если взять для вычислений мощный компьютер, то в результате извлечения квадратного корня из числа 10 мы получим следующее:

3,162 277 660 168 379 331 998 893 544 432 718 533 719 555 139

325 216 826 857 504 852 792 594 438 639 238 221 344 248 108 379 300 295 187 347 284 152 840 055 148 548 856…

Эта последовательность цифр после запятой производит впечатление полнейшего хаоса.

Годится ли эта последовательность для использования в кодировании по методу одноразового блокнота? Едва ли можно советовать этот метод для шифрования, ибо дешифровщики тоже знают, как извлекать квадратные корни. Они ставят себя на место людей, зашифровавших перехваченное донесение, и задают себе вопрос: к какому методу прибегнул противник для получения случайной цифровой последовательности? В простейшем случае это извлечение квадратного корня из числа, не являющегося точным квадратом. Дешифровщики испытают несколько чисел и очень скоро расколют шифровку.

Собственно говоря, ту последовательность цифр, которую мы использовали в нашем примере с шифровкой Смайли,

1 4 1 5 9 2 6 5 3 5 8 9 7 9 3 2 3 8 4 6 2 6 4 3 3 8 3 2 7 9 5 0 2 8 8…,

тоже нельзя использовать для кодирования донесения, и не потому, что цифры не расположены абсолютно хаотично — как раз эта последовательность является совершенно хаотичной. Дело, однако, в том, что эта последовательность очень хорошо знакома всем любителям чисел. Речь идет о первых цифрах после запятой всем известного числа π.

Архимед — впрочем, кто еще мог это сделать, как не величайший математик всех времен и народов? — был первым, кому удалось изобрести способ со сколь угодной точностью рассчитывать соотношение длины окружности и ее диаметра. Сам Архимед не называл это соотношение π. Это обозначение ввел в математику много веков спустя валлийский математик Уильям Джонс, произведя его от греческого слова περιφέρεια — периферия, кайма, край. Ввиду чрезвычайной трудоемкости расчетов Архимед удовольствовался тем, что поместил результат между значениями 3 + 10/71 (что соответствует современной записи 3,1408…) и 3 + 1/7 (что соответствует современной записи 3,1428…). Только около 1600 г., больше чем за тридцать лет работы, Лудольфу ван Цейлену удалось ценой тяжких усилий рассчитать следующую величину числа π:

π = 3,141 592 653 589 793 238 462 643 383 279 502 88…

Именно результатом ван Цейлена мы воспользовались для числа из нашего примера с шифровкой Смайли. Правда, использование этой последовательности было для Смайли и Цирка неслыханно рискованным, ибо число π является одним из самых известных чисел в мире. С помощью электронно-вычислительных машин и специальных программ, которые считают намного быстрее, чем Архимед, число π было рассчитано с точностью до нескольких триллионов знаков после запятой. Величина π представляет собой одно из чисел, какие французский математик Эмиль Борель за неимением, видимо, более подходящего слова назвал в 1909 г. нормальными. Если рассмотреть достаточно длинный отрезок десятичного представления числа π, скажем один миллион следующих друг за другом разрядов, то выяснится, что каждая из десяти цифр встретится в этом отрезке приблизительно сто тысяч раз. Каждая из ста пар цифр (от 00 до 99) встретится в этом отрезке приблизительно десять тысяч раз, а каждое из тысячи сочетаний из трех цифр встретится в выбранном отрезке около тысячи раз.