Самая большая степень числа. Названия больших чисел
10 в 3003 степени
Споры о том, какая самая большая цифра в мире, ведутся постоянно. Разные системы исчисление предлагают разные варианты и люди не знают чему верить, и какую именно цифру считать самой большой.
Данный вопрос интересовал ученых еще со времен Римской империи. Наибольшая загвоздка кроется в определении, что такое «число», и что такое «цифра». В свое время люди длительное время считали самым большим числом дециллион, то есть 10 в 33 степени. Но, после того, как ученые стали активно изучать американскую и английскую метрические системы, было обнаружено, что самое большое число в мире это 10 в 3003 степени – миллеиллион. Люди в повседневной жизни считают, что самой большой цифрой является триллион. Причем, это довольно формально, поскольку после триллиона, названия просто не даются, ведь счет начинается слишком сложный. Однако, чисто теоретически, количество нулей можно прибавлять до бесконечности. Поэтому представить даже чисто визуально триллион и то, что следует за ним, является практически невозможным.
В римских цифрах
С другой стороны, определение «цифры» в понимании математиков, это немного иное. Под цифрой подразумевается знак, который принят повсеместно и используется для того, чтобы обозначить количество, выраженное в числовом эквиваленте. Под вторым понятием «число» подразумевается выражение количественных характеристик в удобном виде через использование цифр. Из этого следует, что числа состоят из цифр. Также важно то, что цифра обладает знаковыми свойствами. Они обусловлены, узнаваемы, неизменяемы. Числа тоже имеют знаковые свойства, но они вытекают из того, что числа состоят из цифр. Отсюда можно сделать вывод, что триллион, это вовсе не цифра, а число. Тогда, какая же самая большая цифра в мире, если это не триллион, который является числом?
Важно то, что цифры используются, как составляющие числа, но и не только это. Цифра впрочем это то же число, если мы говорим о каких-то вещах, считая их от нуля и до девяти. Такая система признаков применяется не только к привычным нам арабским цифрам, но также и к римским I, V, X, L, C, D, M. Это римские цифры. С другой стороны V I I I – это римское число. В арабском исчислении ему соответствует цифра восемь.
В арабских цифрах
Таким образом, получается, что цифрами считаются единицы счета от нуля до девяти, а все остальное числа. Отсюда вывод, что самой большой цифрой в мире получается девять. 9 – знак, а число это простая количественная абстракция. Триллион это число, и никак не цифра, а потому не может быть самой большой цифрой в мире. Триллионом можно назвать самое большое число в мире и то чисто номинально, поскольку числа можно считать до бесконечности. Число цифр же строго ограничено – от 0 и до 9.
Также следует помнить, что цифры и числа разных систем исчисления не совпадают, как мы видели из примеры с арабскими и римскими числами и цифрами. Это происходит потому, что цифры и числа это простые понятия, которые выдумывает сам человек. Поэтому число одной системы исчисления с легкостью может быть цифрой другой и наоборот.
Таким образом, самое большое число является неисчислимым, ведь его можно продолжать складывать до бесконечности из цифр. Что касается, собственно цифр, то в общепринятой системе, самой большой цифрой считается 9.
В названиях арабских чисел каждая цифра принадлежит своему разряду, а каждые три цифры образуют класс. Таким образом, последняя цифра в числе обозначает количество единиц в нем и называется, соответственно, разрядом единиц. Следующая, вторая с конца, цифра обозначает десятки (разряд десятков), и третья с конца цифра указывает на количество сотен в числе – разряд сотен. Дальше разряды точно также по очереди повторяются в каждом классе, обозначая уже единицы, десятки и сотни в классах тысяч, миллионов и так далее. Если число небольшое и в нем нет цифры десятков или сотен, принято принимать их за ноль. Классы группируют цифры в числах по три, нередко в вычислительных приборах или записях между классами ставится точка или пробел, чтобы визуально разделить их. Это сделано для упрощения чтения больших чисел. Каждый класс имеет свое название: первые три цифры – это класс единиц, далее идет класс тысяч, затем миллионов, миллиардов (или биллионов) и так далее.
Поскольку мы пользуемся десятичной системой исчисления, то основная единица измерения количества – это десяток, или 10 1
. Соответственно с увеличением количества цифр в числе, увеличивается и количество десятков 10 2
,10 3
,10 4
и т.д. Зная количество десятков можно легко определить класс и разряд числа, например, 10 16
– это десятки квадриллионов, а 3×10 16
– это три десятка квадриллионов. Разложение чисел на десятичные компоненты происходит следующий образом – каждая цифра выводится в отдельное слагаемое, умножаясь на требуемый коэффициент 10 n
, где n
– положение цифры по счет слева направо.
Например:
253 981=2×10 6 +5×10 5 +3×10 4 +9×10 3 +8×10 2 +1×10 1
Также степень числа 10 используется и в написании десятичных дробей : 10 (-1) – это 0,1 или одна десятая. Аналогичным образом с предыдущим пунктом, можно разложить и десятичное число, n в таком случае будет обозначать положение цифры от запятой справа налево, например: 0,347629= 3×10 (-1) +4×10 (-2) +7×10 (-3) +6×10 (-4) +2×10 (-5) +9×10 (-6)
Названия десятичных чисел. Десятичные числа читаются по последнему разряду цифр после запятой, например 0,325 – триста двадцать пять тысячных, где тысячные – это разряд последней цифры 5 .
Таблица названий больших чисел, разрядов и классов
| 1-й класс единицы |
1-й разряд единицы 2-й разряд десятки 3-й разряд сотни |
1 = 10 0 10 = 10 1 100 = 10 2 |
| 2-й класс тысячи |
1-й разряд единицы тысяч 2-й разряд десятки тысяч 3-й разряд сотни тысяч |
1 000 = 10 3 10 000 = 10 4 100 000 = 10 5 |
| 3-й класс миллионы |
1-й разряд единицы миллионов 2-й разряд десятки миллионов 3-й разряд сотни миллионов |
1 000 000 = 10 6 10 000 000 = 10 7 100 000 000 = 10 8 |
| 4-й класс миллиарды |
1-й разряд единицы миллиардов 2-й разряд десятки миллиардов 3-й разряд сотни миллиардов |
1 000 000 000 = 10 9 10 000 000 000 = 10 10 100 000 000 000 = 10 11 |
| 5-й класс триллионы |
1-й разряд единицы триллионов 2-й разряд десятки триллионов 3-й разряд сотни триллионов |
1 000 000 000 000 = 10 12 10 000 000 000 000 = 10 13 100 000 000 000 000 = 10 14 |
| 6-й класс квадриллионы |
1-й разряд единицы квадриллионов 2-й разряд десятки квадриллионов 3-й разряд десятки квадриллионов |
1 000 000 000 000 000 = 10 15 10 000 000 000 000 000 = 10 16 100 000 000 000 000 000 = 10 17 |
| 7-й класс квинтиллионы |
1-й разряд единицы
квинтиллионов
2-й разряд десятки квинтиллионов 3-й разряд сотни квинтиллионов |
1 000 000 000 000 000 000 = 10 18 10 000 000 000 000 000 000 = 10 19 100 000 000 000 000 000 000 = 10 20 |
| 8-й класс секстиллионы |
1-й разряд единицы секстиллионов 2-й разряд десятки секстиллионов 3-й разряд сотни секстиллионов |
1 000 000 000 000 000 000 000 = 10 21 10 000 000 000 000 000 000 000 = 10 22 1 00 000 000 000 000 000 000 000 = 10 23 |
| 9-й класс септиллионы |
1-й разряд единицы септиллионов 2-й разряд десятки септиллионов 3-й разряд сотни септиллионов |
1 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 24 10 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 25 100 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 26 |
| 10-й класс октиллион |
1-й разряд единицы октиллионов 2-й разряд десятки октиллионов 3-й разряд сотни октиллионов |
1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 27 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 28 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 = 10 29 |
Иногда люди, не связанные с математикой, задаются вопросом: какое самое большое число? С одной стороны, ответ очевиден – бесконечность. Зануды даже уточнят, что «плюс бесконечность» или «+∞» в записи математиков. Вот только самых въедливых этот ответ не убедит, тем более, что это не натуральное число, а математическая абстракция. Но хорошо разобравшись в вопросе, они могут открыть перед собой интереснейшую проблему.
Действительно, предела размера в данном случае не существует, но существует предел человеческой фантазии. Для каждого числа есть название: десять, сто, миллиард, секстиллиард и так далее. Но где же заканчивается фантазия людей?
Не путать с торговой маркой корпорации Google, хотя они и имеют общее происхождение. Это число записывается как 10100, то есть, единица и за ней хвостиком сто нулей. Представить его сложно, но оно активно использовалось в математике.
Забавно, что придумал его ребенок - племянник математика Эдварда Казнера. В 1938 году дядюшка развлекал младших родственников рассуждениями об очень больших числах. К возмущению ребенка оказалось, что такое замечательное число не имеет названия, и он привел свой вариант. Позже дядюшка вставил его в одну из своих книг, и термин прижился.
Теоретически, гугол – это натуральное число, ведь его можно использовать для счета. Вот только вряд ли у кого-то хватит терпения досчитать до его конца. Поэтому, только теоретически.
А что касается названия компании Google, то тут закралась обычная ошибка. Первый инвестор и один из сооснователей, когда выписывал чек, очень спешил, и пропустил букву «О», но чтобы обналичить его, компанию пришлось регистрировать именно по такому варианту написания.
Гуголплекс
Это число – производная от гугола, но ощутимо больше его. Приставка «плекс» означает, возведениее десятки в степень, равную основному числу, таким образом, гулоплекс – это 10 в степени 10 в степени 100 или 101000.
Получившееся число – превышает количество частиц в обозримой Вселенной, которое оценивается где-то в 1080 степени. Но это не помешало ученым увеличивать число простым добавлением к нему приставки «плекс»: гуголплексплекс, гуголплексплексплекс и так далее. А для особо извращенных математиков изобрели вариант увеличения без бесконечного повторения приставки «плекс» - перед ней просто ставят греческие числа: тетра (четыре), пента (пять) и так далее, вплоть до дека (десять). Последний вариант звучит как гуголдекаплекс и означает десятикратное накопительное повторение процедуры возведения числа 10 в степень его основания. Главное, не представлять себе результат. Осознать его все равно не получится, но получить травму психики – запросто.
48-ое число Мерсена
Главные герои: Купер, его компьютер и новое простое число
Сравнительно недавно, около года назад, удалось открыть очередное, 48-ое число Мерсена. На данный момент оно - самое большое простое число в мире. Напомним, что простые числа – это те, которые делятся без остатка только на единицу и на себя. Простейшие примеры – 3, 5, 7, 11, 13, 17 и так далее. Проблема в том, что чем дальше в дебри, тем реже такие числа встречаются. Но тем ценнее обнаружение каждого следующего. К примеру, новое простое число состоит из 17 425 170 знаков, если его представить в виде привычной нам десятичной системы счисления. В предыдущем было около 12 миллионов знаков.
Обнаружил его американский математик Кертис Купер, который уже в третий раз обрадовал математическую общественность подобным рекордом. Только на то, чтобы проверить его результат и доказать, что это число действительно простое, потребовалось 39 дней работы его персонального компьютера.
Так выглядит запись числа Грэма в стрелочной нотации Кнута. Как это расшифровать, сказать сложно, не имея законченного высшего образования в теоретической математике. Записать же его в привычном нам десятичном виде тоже невозможно: наблюдаемая Вселенная просто не в состоянии вместить его. Городить степень на степень, как в случае с гуголплексами, тоже не выход.
Хорошая формула, только непонятная
Так зачем же нужно это бесполезное на первый взгляд число? Во-первых, его для любопытных поместили в Книгу рекордов Гиннеса, а это уже немало. Во-вторых, оно использовалось для решения задачи, входящей в проблему Рамсея, что тоже непонятно, но звучит серьезно. В-третьих, это число признано самым большим, использовавшимся когда либо в математике, и не в шуточных доказательствах или интеллектуальных играх, а для решения вполне конкретной математической проблемы.
Внимание! Следующая информация опасна для вашего психического здоровья! Читая её, вы принимаете на себя ответственность за все последствия!
Для желающих испытать свой разум и помедитировать на число Грэма, можем постараться объяснить его (но только постараться).
Представьте себе 33. Это довольно легко – получается 3*3*3=27. А если теперь возвести тройку в это число? Получится 3 3 в 3 степени, или 3 27 . В десятичной записи это равно 7 625 597 484 987. Много, но пока это можно осознать.
В стрелочной нотации Кнута это число можно отобразить несколько проще - 33. Но если прибавить только одну стрелочку, получится уже сложнее: 33, что означает 33 в степень 33 или в степенной записи. Если развернуть в десятичную запись, получим 7 625 597 484 987 7 625 597 484 987 . Ещё получается следить за мыслью?
Следующий этап: 33= 33 33 . То есть, нужно высчитать это дикое число из предыдущего действия и возвести его в такую же степень.
А 33 – это только первый из 64 членов числа Грэма. Чтобы получить второй, нужно высчитать результат этой зубодробительной формулы, и подставить в схему 3(…)3 соответствующее количество стрелочек. И так далее, ещё 63 раза.
Интересно, у кого-то кроме него и ещё десятка суперматематиков получится добраться хотя бы до середины последовательности и не сойти при этом с ума?
Вы что-то поняли? Мы – нет. Но какой кайф!
Зачем нужны самые большие числа? Обывателю сложно это понять и осознать. Но единицы специалистов с их помощью способны представить тем самым обывателям новые технологические игрушки: телефоны, компьютеры, планшеты. Обыватели точно также не способны понять, как они работают, но зато с удовольствием используют их для своего развлечения. И все счастливы: обыватели получают свои игрушки, «суперботаники» – возможность и дальне играть в свои игры разума.
Мир науки просто удивителен своими знаниями. Однако постигнуть их все не сможет даже самый гениальный в мире человек. Но стремиться к этому нужно. Именно поэтому в данной статье хочется разобраться, какое оно, самое большое число.
О системах
В первую очередь необходимо сказать о том, что в мире существует две системы именования чисел: американская и английская. В зависимости от этого одно и то же число может называться по-разному, хотя и иметь одно и то же значение. И в самом начале нужно разобраться именно с этими нюансами, дабы избежать неопределенности и путаницы.
Американская система
Интересным окажется тот факт, что данная система используется не только в Америке и Канаде, но и в России. К тому же она имеет и свое научное название: система именования чисел с короткой шкалой. Как же называются в данной системе большие числа? Так, секрет довольно-таки простой. В самом начале будет идти латинское порядковое числительное, после же просто добавится всем известный суффикс «-иллион». Интересным окажется следующий факт: в переводе с латинского языка число «миллион» можно перевести как «тысячища». Американской системе принадлежат следующие числа: триллион - это 10 12 , квинтиллион - 10 18 , октиллион - 10 27 и т. д. Несложно будет также разобраться, сколько же нулей записано в числе. Для этого нужно знать простую формулу: 3*х + 3 (где «х» в формуле - это латинское числительное).
Английская система
Однако, несмотря на простоту американской системы, в мире все же более распространена английская система, которая является системой названия чисел именно с длинной шкалой. С 1948 года ею пользуются в таких странах, как Франция, Великобритания, Испания, а также в странах - бывших колониях Англии и Испании. Построение чисел тут также довольно-таки простое: к латинскому обозначению добавляют суффикс «-иллион». Дальше же, если число в 1000 раз больше, добавляется уже суффикс «-иллиард». Как можно узнать количество спрятанных в числе нулей?
- Если число заканчивается на «-иллион», нужна будет формула 6*х + 3 («х» - это латинское числительное).
- Если число заканчивается на «-иллиард», надо будет формула 6*х + 6 (где «х», опять же, латинское числительное).
Примеры
На данном этапе для примера можно рассмотреть, как же будут называться одни и те же числа, однако в разной шкале.
Можно без проблем увидеть, что одно и то же название в разных системах обозначает разные числа. Например, триллион. Поэтому, рассматривая число, все же предварительно нужно узнать, согласно какой системе оно записано.
Внесистемные числа
Стоит сказать и о том, что, помимо системных, существуют также и внесистемные числа. Может, среди них затерялось самое большое число? Стоит в этом разобраться.
- Гугол. Это число десять в сотой степени, т. е. единица, за которой следует сто нулей (10 100). О данном числе впервые было сказано в далеком 1938 году ученым Эдвардом Каснером. Весьма интересный факт: всемирная поисковая система «Гугл» названа в честь довольно-таки большого на то время числа - гугол. А название ему придумал малолетний племянник Каснера.
- Асанкхейя. Это весьма интересное название, которое с санскрита переводится как «неисчислимый». Числовое значение ее - единица со 140 нулями - 10 140 . Интересным окажется следующий факт: это было известно людям еще в 100 году до н. э., о чем говорит запись в Джайна-сутре, известном буддийском трактате. Данное число считалось особенным, ведь было мнение, что столько же нужно космических циклов, чтобы достичь нирваны. Также на то время это число считалось самым большим.
- Гуголплекс. Это число придумано все тем же Эдвардом Каснером и его вышеупомянутым племянником. Числовое его обозначение - десять в десятой степени, которая, в свою очередь, состоит в сотой степени (т. е. десять в степени гуголплекс). Также ученый сказал, что таким образом можно получить настолько большое число, насколько хочется: гуголтетраплекс, гуголгексаплекс, гуголоктаплекс, гуголдекаплекс и т. д.
- Число Грэма - G. Это самое большое число, признано таковым в недалеком 1980 году Книгой рекордов Гиннеса. Оно существенно больше, нежели гуголплекс и его производные. А ученые и вовсе говорили о том, что вся Вселенная не в состоянии в себя вместить всю десятичную запись числа Грэма.
- Число Мозера, число Скьюза. Эти числа также считаются одними из самых больших и применяются они чаще всего при решении различных гипотез и теорем. А так как эти числа невозможно записать общепринятыми всеми законами, каждый ученый делает это по-своему.
Последние разработки
Однако все же стоит сказать о том, что нет предела совершенству. И многие ученые считали и считают, что еще пока не найдено самое большое число. Ну и, конечно же, честь это сделать выпадет именно им. Над данным проектом длительное время работал американский ученый из Миссури, труды его увенчались успехом. 25 января 2012 года он нашел новое самое большое число в мире, которое состоит из семнадцати миллионов цифр (что является 49-м числом Мерсенна). Примечание: до этого времени самым большим считалось число, найденное компьютером в 2008 году, насчитывало оно 12 тысяч цифр и выглядело следующим образом: 2 43112609 - 1.
Не впервой
Стоит сказать о том, что это было подтверждено научными исследователями. Данное число прошло три уровня проверки тремя учеными на разных компьютерах, на что ушло целых 39 дней. Однако это не первые достижения в подобных поисках американского ученого. Ранее он уже открывал самые большие числа. Случалось это в 2005 и 2006 годах. В 2008 году компьютер прервал череду побед Кертиса Купера, однако он все же в 2012 году вернул себе пальму первенства и заслуженное звание первооткрывателя.
О системе
Как это все происходит, как ученые находят самые большие числа? Так, сегодня большинство работы за них делает компьютер. В данном же случае Купер использовал распределенные вычисления. Что это значит? Эти расчеты ведут программы, установленные на компьютерах пользователей Интернета, которые добровольно решили принять участие в исследовании. В рамках данного проекта было определено 14 чисел Мерсенна, названных так в честь французского математика (это простые числа, которые делятся только сами на себя и на единицу). В виде формулы это выглядит следующим образом: M n = 2 n - 1 («n» в данной формуле - это натуральное число).
О бонусах
Может возникнуть логический вопрос: а что заставляет ученых работать в этом направлении? Так, это, конечно же, азарт и желание быть первооткрывателем. Однако и тут есть свои бонусы: за свое детище Кертис Купер получил денежный приз в размере 3 тысячи долларов. Но и это еще не все. Специальный Фонд Электронных Рубежей (аббревиатура: EFF) поощряет такие вот поиски и обещает незамедлительно наградить денежным призом в размере 150 и 250 тысяч долларов тех, кто предоставит на рассмотрение простые числа, состоящие из 100 миллионов и миллиарда чисел. Так можно не сомневаться, что в этом направлении сегодня работает огромное количество ученых по всему миру.
Простые выводы
Итак, какое самое большое число сегодня? На данный момент найдено оно американским ученым из университета Миссури Кертисом Купером, которое можно записать следующим образом: 2 57885161 - 1. При этом оно также является 48 числом французского математика Мерсенна. Но стоит сказать о том, что конца в этих поисках быть не может. И неудивительно, если через определенное время ученые нам предоставят на рассмотрение следующее новонайденное самое большое в мире число. Можно не сомневаться, что произойдет это в самые ближайшие сроки.
Есть числа, которые так неимоверно, невероятно велики, что даже для того чтобы записать их, потребуется вся вселенная целиком. Но вот что действительно сводит с ума… некоторые из этих непостижимо больших чисел крайне важны для понимания мира.
Когда я говорю “наибольшее число во Вселенной’’, в действительности я имею в виду самое большое значимое число, максимально возможное число, которое в некотором роде полезно. Есть много претендентов на этот титул, но я сразу же предупреждаю вас: в самом деле существует риск того, что попытка понять все это взорвет ваш мозг. И кроме того, с излишком математики, вы получите мало удовольствия.
Гугол и гуголплекс
Эдвард Каснер
Мы могли бы начать с двух, весьма вероятно, самых больших чисел, о которых вы когда-либо слышали, и это действительно два самых больших числа, которые имеют общепринятые определения в английском языке. (Имеется довольно точная номенклатура, применяемая для обозначения чисел столь больших, как вам хотелось бы, но эти два числа в настоящее время вы не найдете в словарях.) Гугол, с тех пор как он стал всемирно известным (хотя и с ошибками, примеч. в самом деле это googol) в виде Google, родился в 1920 году как способ заинтересовать детей большими числами.
С этой целью Эдвард Каснер (на фото), взял двух своих племянников, Мильтона и Эдвина Сиротт, на прогулку по Нью-Джерси Palisades. Он предложил им выдвигать любые идеи, и тогда девятилетний Мильтон предложил “гугол’’. Откуда он взял это слово, неизвестно, но Каснер решил, что 
или число, в котором за единицей стоят сто нулей отныне будет называться гугол.
Но молодой Мильтон на этом не остановился, он предложил еще большее число, гуголплекс. Это число, по мнению Мильтона, в котором на первом месте стоит 1, а затем столько нулей, сколько вы могли бы написать до того как устанете. Хотя эта идея очаровательна, Каснер решил, что необходимо более формальное определение. Как он объяснил в своей книге 1940 года издания “Математика и воображение’’, определение Мильтона оставляет открытой рискованную возможность того, что случайный шут может стать математиком, превосходящим Альберта Эйнштейна просто потому, что он обладает большей выносливостью.
Таким образом, Каснер решил, что гуголплекс будет равен , или 1, а затем гугол нулей. Иначе, и в обозначениях, аналогичных тем, с которыми мы будем иметь дело для других чисел, мы будем говорить, что гуголплекс — это . Чтобы показать, насколько это завораживает, Карл Саган однажды заметил, что физически невозможно записать все нули гуголплекса, потому что просто не хватит места во Вселенной. Если заполнить весь объем наблюдаемой Вселенной мелкими частицами пыли размером приблизительно в 1,5 микрона, то число различных способов расположения этих частиц будет примерно равно одному гуголплексу.
Лингвистически говоря, гугол и гуголплекс, вероятно, два самых больших значащих числа (по крайней мере, в английском языке), но, как мы сейчас установим, способов определения “значимости’’ бесконечно много.
Реальный мир
Если мы будем говорить о самом большом значащем числе, существует разумный аргумент, что это в самом деле означает, что нужно найти наибольшее число с реально существующим в мире значением. Мы можем начать с текущей человеческой популяции, которая в настоящее время составляет около 6920 миллионов. Мировой ВВП в 2010 году, по оценкам, составил около 61960 миллиардов долларов, но оба эти числа незначительны по сравнению с примерно 100 триллионами клеток, составляющих организм человека. Конечно, ни одно из этих чисел не может сравниться с полным числом частиц во Вселенной, которое, как правило, считается равным примерно , и это число настолько велико, что наш язык не имеет соответствующего ему слова.
Мы можем поиграть немного с системами мер, делая числа больше и больше. Так, масса Солнца в тоннах будет меньше, чем в фунтах. Прекрасный способ сделать это состоит в использовании системы единиц Планка, которые являются наименьшими возможными мерами, для которых остаются в силе законы физики. Например, возраст Вселенной во времени Планка составляет около . Если мы вернемся в первую единицу времени Планка после Большого Взрыва, то увидим, что плотность Вселенной была тогда . Мы получаем все больше, но мы еще не достигли даже гугола.
Наибольшее число с каким-либо реальным приложением мире — или, в данном случае реальным применением в мирах — вероятно, , — одна из последних оценок числа вселенных в мультивселенной. Это число настолько велико, что человеческий мозг будет буквально не в состоянии воспринять все эти разные вселенные, поскольку мозг способен только примерно на конфигураций. На самом деле, это число, вероятно, самое большое число с каким-либо практическим смыслом, если вы не принимаете во внимание идею мультивселенной в целом. Однако существуют еще намного большие числа, которые там скрываются. Но для того, чтобы найти их, мы должны отправиться в область чистой математики, и нет лучшего начала, чем простые числа.
Простые числа Мерсенна
Часть трудностей состоит в том, чтобы придумать хорошее определение того, что такое “значащее’’ число. Один из способов состоит в том, чтобы рассуждать в терминах простых и составных чисел. Простое число, как вы, наверное, помните из школьной математики, — это любое натуральное число (примеч. не равное единице), которое делится только на и самого себя. Итак, и — простые числа, а и — составные числа. Это означает, что любое составное число может в конечном счете быть представлено своими простыми делителями. В некотором смысле число является более важным, чем, скажем, , потому что нет никакого способа выразить его через произведение меньших чисел.
Очевидно, мы можем пойти немного дальше. , например, на самом деле просто , что означает, что в гипотетическом мире, где наши знания чисел ограничены числом , математик еще может выразить число . Но уже следующее число простое, и это значит, что единственным способом его выразить — непосредственно знать о его существовании. Это означает, что самые большие известные простые числа играют важную роль, а, скажем, гугол – который, в конечном счете просто набор из чисел и , перемноженных между собой — вообще-то и нет. И поскольку простые числа в основном случайные, не известно никаких способов предсказать, что невероятно большое число на самом деле будет простым. По сей день открытие новых простых чисел — это трудное дело.
Математики Древней Греции имели понятие о простых числах, по крайней мере, уже в 500 году до нашей эры, а 2000 лет спустя люди все еще знали, какие числа простые только примерно до 750. Мыслители времен Евклида увидели возможность упрощения, но вплоть до эпохи Возрождения математики не могли действительно использовать это на практике. Эти числа известны как числа Мерсенна, они названы в честь французского ученого XVII века Марина Мерсенна. Идея достаточно проста: число Мерсенна — это любое число вида . Так, например, , и это число простое, то же самое верно и для .
Гораздо быстрее и легче определить простые числа Мерсенна, чем любой другой вид простых чисел, и компьютеры напряженно работают в их поисках на протяжении последних шести десятилетий. До 1952 года крупнейшим известным простым числом было число — число с цифрами. В том же году на компьютере вычислили, что число простое, и это число состоит из цифр, что делает его уже намного больше, чем гугол.
Компьютеры с тех пор были на охоте, и в настоящее время -е число Мерсенна является самым большим простым числом, известным человечеству. Обнаруженное в 2008 году, оно составляет — число с почти миллионами цифр. Это самое большое известное число, которое не может быть выражено через какие-либо меньшие числа, и если вы хотите помочь найти еще большее число Мерсенна, вы (и ваш компьютер) всегда можете присоединиться к поиску на сайте http://www.mersenne.org/.
Число Скьюза
Стэнли Скьюз
Снова обратимся к простым числам. Как я уже говорил, они ведут себя в корне неправильно, это означает, что нет никакого способа предсказать, каким будет следующее простое число. Математики были вынуждены обратиться к некоторым довольно фантастическим измерениям, чтобы придумать какой-нибудь способ предсказать будущие простые числа даже каким-нибудь туманным способом. Наиболее успешной из этих попыток, вероятно, является функция, считающая простые числа, которую придумал в конце XVIII века легендарный математик Карл Фридрих Гаусс.
Я избавлю вас от более сложной математики — так или иначе, у нас много еще впереди — но суть функции заключается в следующем: для любого целого можно оценить, сколько существует простых чисел, меньших . Например, если , функция предсказывает, что должно быть простых чисел, если — простых числа, меньших , и если , то существует меньших чисел, которые являются простыми.
Расположение простых чисел действительно имеет нерегулярный характер, и это всего лишь приближение фактического числа простых чисел. На самом деле мы знаем, что есть простых чисел, меньших , простых чисел меньших , и простых чисел меньших . Это отличная оценка, что и говорить, но это всегда только оценка… и, более конкретно, оценка сверху.
Во всех известных случаях до , функция, находящая количество простых чисел, слегка преувеличивает фактическое количество простых чисел меньших . Математики когда-то думали, что так будет всегда, до бесконечности, что это, безусловно, относится и к некоторым невообразимо огромным числам, но в 1914 году Джон Идензор Литтлвуд доказал, что для какого-то неизвестного, невообразимо огромного числа эта функция начнет выдавать меньшее количество простых чисел, а затем она будет переключаться между оценкой сверху и оценкой снизу бесконечное число раз.
Охота была на точку начала скачков, и вот тут появился Стэнли Скьюз (см. фото). В 1933 году он доказал, что верхняя граница, когда функция, приближающая количество простых чисел впервые дает меньшее значение — это число . Трудно по-настоящему понять даже в наиболее абстрактном смысле, что на самом деле представляет собой это число, и с этой точки зрения это было наибольшее число, когда-либо использованное в серьезном математическом доказательстве. С тех пор математики смогли уменьшить верхнюю границу до относительно маленького числа , но исходное число осталось известно как число Скьюза.
Итак, насколько велико число , которое делает карликом даже могучий гуголплекс? В словаре The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers Дэвид Уэллс рассказывает об одном способе, с помощью которого математику Харди удалось осмыслить размер числа Скьюза:
“Харди думал, что это “самое большое число, когда-либо служившее какой-либо определенной цели в математике’’, и предположил, что если играть в шахматы со всеми частицами Вселенной как фигурами, один ход состоял бы в перестановке местами двух частиц, и игра прекращалась бы, когда одна и та же позиция повторялась бы третий раз, то число всех возможных партий было бы равно примерно числу Скьюза’’.
И последнее перед тем как двигаться дальше: мы говорили о меньшем из двух чисел Скьюза. Существует другое число Скьюза, которое математик нашел в 1955 году. Первое число получено на том основании, что так называемая гипотеза Римана истинна — это особенно сложная гипотеза математики, которая остается недоказанной, очень полезна, когда речь идет о простых числах. Тем не менее, если гипотеза Римана является ложной, Скьюз обнаружил, что точка начала скачков увеличивается до .
Проблема величины
Прежде чем мы перейдем к числу, рядом с которым даже число Скьюза выглядит крошечным, нам нужно немного поговорить о масштабе, потому что иначе у нас нет возможности оценить, куда мы собираемся идти. Сначала давайте возьмем число — это крошечное число, настолько малое, что люди могут действительно иметь интуитивное понимание того, что оно значит. Есть очень мало чисел, которые соответствуют этому описанию, так как числа больше шести перестают быть отдельными числами и становятся “несколько’’, “много’’ и т.д.
Теперь давайте возьмем , т.е. . Хотя мы в действительности не можем интуитивно, как это было для числа , понять, что такое , представить себе то, чем является очень легко. Пока все идет хорошо. Но что произойдет, если мы перейдем к ? Это равно , или . Мы очень далеки от способности представить себе эту величину, как и любую другую, очень большую — мы теряем способность постигать отдельные части где-то около миллиона. (Правда, безумно большое количество времени заняло бы, чтобы действительно досчитать до миллиона чего бы то ни было, но дело в том, что мы все еще способны воспринимать это число.)
Тем не менее, хотя мы не можем представить , мы по крайней мере в состоянии понять в общих чертах, что такое 7600 млрд, возможно, сравнивая его с чем-то таким, как ВВП США. Мы перешли от интуиции к представлению и к простому пониманию, но по крайней мере у нас еще есть некоторый пробел в понимании того, что такое число. Это вот-вот изменится, по мере нашего продвижения на еще одну ступень вверх по лестнице.
Для этого нам нужно перейти к обозначению, введенному Дональдом Кнутом, известному как стрелочная нотация. В этих обозначениях можно записать в виде . Когда мы затем перейдем к , число, которое мы получим, будет равно . Это равно где в общей сложности троек. Мы теперь значительно и по-настоящему превзошли все другие числа, о которых уже говорили. В конце концов, даже в самых больших из них было всего три или четыре члена в ряду показателей. Например, даже супер-число Скьюза — это “только’’ — даже с поправкой на то, что и основание, и показатели гораздо больше, чем , оно по-прежнему абсолютно ничто по сравнению с величиной числовой башни с млрд членов.
Очевидно, что нет никакого способа для постижения настолько огромных чисел… и тем не менее, процесс, посредством которого они созданы, еще можно понять. Мы не могли бы понять реальное количество, которое задается башней степеней, в которой млрд троек, но мы можем в основном представить такую башню со многими членами, и действительно приличный суперкомпьютер сможет хранить в памяти такие башни, даже если он не сможет вычислить их действительные значения.
Это становится все более абстрактным, но дальше будет только хуже. Вы можете подумать, что башня степеней , длина показателя которой равна (более того, в предыдущей версии этого поста я сделал именно эту ошибку), но это просто . Другими словами, представьте, что у вас есть возможность вычислить точное значение степенной башни из троек, которая состоит из элементов, а потом вы взяли это значение и создали новую башню с таким количеством в нем,… которое дает .
Повторите этот процесс с каждым последующим числом (примеч. начиная справа), пока вы не сделаете это раза, и тогда наконец вы получите . Это число, которое просто невероятно велико, но по крайней мере шаги его получения вроде бы понятны, если все делать очень медленно. Мы больше не можем понять числа или представить процедуру, благодаря которой оно получается, но, по крайней мере, мы можем понять основной алгоритм, только в достаточно большой срок.
Теперь подготовим ум к тому, чтобы его действительно взорвать.
Число Грэма (Грехема)
Рональд Грэм
Вот как вы получите число Грэма, которое занимает место в Книге рекордов Гиннеса как самое большое число, которое когда-либо использовали в математическом доказательстве. Совершенно невозможно представить, насколько оно велико, и столь же трудно точно объяснить, что это такое. В принципе, число Грэма появляется, когда имеют дело с гиперкубами, которые являются теоретическими геометрическими формами с более чем тремя измерениями. Математик Рональд Грэм (см. фото) хотел выяснить, при каком наименьшем числе измерений определенные свойства гиперкуба будут оставаться устойчивыми. (Простите за такое расплывчатое объяснение, но я уверен, что нам всем нужно получить по крайней мере две ученые степени по математике, чтобы сделать его более точным.)
В любом случае число Грэма является оценкой сверху этого минимального числа измерений. Итак, насколько велика эта верхняя граница? Давайте вернемся к числу , такому большому, что алгоритм его получения мы можем понять достаточно смутно. Теперь, вместо того, чтобы просто прыгать вверх еще на один уровень до , мы будем считать число , в котором есть стрелки между первой и последней тройками. Теперь мы находимся далеко за пределами даже малейшего понимания того, что такое это число или даже от того, что нужно делать, чтобы его вычислить.
Теперь повторим этот процесс раза (примеч. на каждом следующем шаге мы пишем число стрелок, равное числу, полученному на предыдущем шаге).
Это, дамы и господа, число Грэма, которое примерно на порядка стоит выше точки человеческого понимания. Это число, которое настолько больше, чем любое число, которое можно себе представить — это гораздо больше, чем любая бесконечность, которую вы могли бы когда-либо надеяться себе представить — оно просто не поддается даже самому абстрактному описанию.
Но вот странная вещь. Поскольку число Грэма в основном — это просто тройки, перемноженные между собой, то мы знаем некоторые его свойства без фактического его вычисления. Мы не можем представить число Грэма с помощью любых знакомых нам обозначений, даже если бы мы использовали всю Вселенную, чтобы записать его, но я могу назвать вам прямо сейчас последние двенадцать цифр числа Грэма: . И это еще не все: мы знаем по крайней мере последних цифр числа Грэма.
Конечно, стоит помнить, что это число только верхняя граница в исходной задаче Грэма. Вполне возможно, что фактическое число измерений, необходимых для выполнения нужного свойства гораздо, гораздо меньше. На самом деле, еще с 1980-х годов считалось, по мнению большинства специалистов в этой области, что фактически число измерений всего лишь шесть — число настолько малое, что мы можем понять его на интуитивном уровне. С тех пор нижняя граница была увеличена до , но есть еще очень большой шанс, что решение задачи Грэма не лежит рядом с числом столь же большим, как число Грэма.
К бесконечности
Так есть числа больше, чем число Грэма? Есть, конечно, для начала есть число Грэма . Что касается значащего числа… хорошо, есть некоторые дьявольски сложные области математики (в частности, области, известной как комбинаторика) и информатики, в которых встречаются числа даже большие, чем число Грэма. Но мы почти достигли предела того, что, как я могу надеяться, когда-либо смогут разумно объяснить. Для тех, кто достаточно безрассуден достаточно, чтобы пойти еще дальше, предлагается литература для дополнительного чтения на свой страх и риск.
Ну а сейчас удивительная цитата, которая приписывается Дугласу Рею (примеч. честно говоря, звучит довольно забавно ):
“Я вижу скопления смутных чисел, которые скрывается там, в темноте, за небольшим пятном света, которое дает свеча разума. Они шепчутся друг с другом; сговариваясь кто знает о чем. Возможно, они нас не очень любят за захват их меньших братишек нашими умами. Или, возможно, они просто ведут однозначный числовой образ жизни, там, за пределами нашего понимания’’.
