Я грыз гранит «голой» математики, которой нас учили в университете, запоминал доказательство теоремы о промежуточном значении или определение векторного пространства, но настоящим смыслом жизни для меня стали курсы прикладной математики. Лекторы рассказывали, как используют математику инженеры при строительстве мостов, чтобы те не входили в резонанс и не рушились из-за ветра, или авиаконструкторы – при проектировании крыльев, которые удерживают самолеты в небе. Я узнал о квантовой механике, которую физики привлекают к делу, чтобы понять странные явления субатомных масштабов, и о специальной теории относительности, которая исследует странные последствия постоянства скорости света. Я посещал курсы, объясняющие, как математику используют в химии, финансах и экономике. Я прочел о том, как математику пускают в ход в спорте для повышения результатов лучших спортсменов, и о том, как математику применяют в кинематографе для создания компьютерной анимации сцен, которые не могли бы существовать в реальности. Короче говоря, я узнал, что с помощью математики описать можно практически все.
На третьем курсе мне посчастливилось пройти курс математической биологии. Лектором был Фи́лип Майни, привлекательный североирландский профессор лет сорока с небольшим. Он не только был выдающейся личностью в своей области (позже его изберут членом Королевского общества [4]), но и, несомненно, любил эту тему, увлекая своим энтузиазмом всех студентов в аудитории.
Филип научил меня не только математической биологии, но и тому, что математики – живые люди, а не однозадачные роботы, какими их часто изображают. Математик – это нечто большее, чем «машина для переработки кофе в теоремы», как некогда высказался венгерский специалист по теории вероятностей Альфред Реньи. Когда я сидел в офисе Филипа, ожидая начала собеседования на позицию соискателя ученой степени, я увидел на стенах в рамочках множество писем с отказами, которые он получал от клубов Премьер-лиги, куда писал шуточные заявления о приеме на работу на вакантные тренерские места. В итоге мы больше говорили о футболе, чем о математике.
Именно в этот решающий момент моего академического образования Филип помог мне полностью переосмыслить биологию. Работая под его руководством над кандидатской диссертацией, я исследовал все – от процесса роения саранчи (и того, как его остановить) до прогнозирования комплексной картины развития эмбриона млекопитающего и разрушительных последствий, когда процесс перестает быть согласованным. Я строил модели, объясняющие, как формируется красивая пигментационная окраска птичьих яиц, и писал алгоритмы для отслеживания движения свободно плавающих бактерий. Я моделировал паразитов, уклоняющихся от воздействия нашей иммунной системы, и распространение смертельных болезней в популяции. Исследования, которые я вел во время работы над диссертацией, стали основой всей моей карьеры. Я до сих пор работаю в этих увлекательных областях биологии и в других, веду уже собственных аспирантов на своей нынешней должности доцента (старшего преподавателя) прикладной математики в Университете города Бат.
* * *
Как прикладной математик я считаю математику прежде всего практическим инструментом осмысления и упорядочивания нашего сложного мира. Математическое моделирование может обеспечить нам преимущество в повседневных ситуациях, и для этого не нужно задействовать сотни нудных уравнений или строк компьютерного кода. Математика по своей фундаментальной сути – шаблон. Каждый раз, когда вы смотрите на мир, вы выстраиваете собственную модель наблюдаемых закономерностей. Если вы можете выделить орнамент в бесконечно повторяющемся переплетении ветвей дерева или в многократной симметрии снежинки, то вы видите математику. Когда вы постукиваете ногой в такт музыкальному произведению или когда поете в душе, а ваш голос отражается и резонирует, вы слышите математику. Когда вы забиваете крученый мяч в сетку или ловите летящий по параболе крикетный мяч, вы практикуете математику. С каждым новым ощущением, каждым кусочком сенсорной информации, модели, которыми вы описываете то, что вас окружает, совершенствуются, перенастраиваются и становятся еще более подробными и сложными. Построение математических моделей, разработанных для описания нашей замысловатой реальности, – лучший способ понять правила, которые управляют окружающим миром.
Я считаю, что самые простые, самые важные модели – это истории и аналогии. Нагляднее всего демонстрируют неявное влияние математических принципов разнообразные – от невероятных до обыденных – примеры из жизни. Взглянув под правильными углом, мы сможем попытаться выявить скрытые математические правила, которые лежат в основе нашего повседневного практического опыта.
Семь глав данной книги исследуют подлинные истории переломных событий, в которых корректное (или некорректное) применение математики сыграло решающую роль. Это истории болезней, вызванных дефектными генами; истории банкротств, вызванных применением ошибочных алгоритмов; истории невинных жертв судебных ошибок и нечаянных жертв сбоев в работе программного обеспечения. Мы проследим за историями инвесторов, потерявших состояние, и родителей, потерявших детей, – и все из-за математических недоразумений. Мы столкнемся с этическими дилеммами – от проверок благонадежности до манипулирования статистикой. Мы исследуем такие насущные общественные проблемы, как политические референдумы, профилактика заболеваний, уголовное правосудие и искусственный интеллект. В этой книге мы увидим, что математике есть что сказать как по всем этим вопросам – фундаментальным важным, так и по многим другим.
Я буду не просто приводить примеры работы математических принципов в той или иной ситуации – я вооружу вас простыми и полезными в повседневной жизни математическими правилами и инструментами; они помогут занять лучшее место в поезде и сохранить хладнокровие, получив неожиданные результаты медицинских анализов. Я подскажу несложные приемы, которые позволят не запутаться с цифрами и числами. Нам придется немного запачкать руки типографской краской, разбираясь с тем, какие цифры скрывают броские газетные заголовки. Мы сведем близкое знакомство с математическими законами, лежащими в основе потребительской генетики, и понаблюдаем, как они действуют на практике, шаг за шагом отслеживая попытки остановить распространение смертельной болезни.
Как вы, надеюсь, уже поняли, это не учебник математики. И это не книга для математиков. На ее страницах вы не найдете ни одного уравнения. Смысл книги не в том, чтобы напомнить об уроках математики, которые вы посещали, вероятно, очень-очень давно. Совсем наоборот. Если когда-то вы разочаровались в математике и решили, что она не для вас, что она вам не дается, эта книга избавит от таких комплексов.
Я искренне верю, что математика – для всех и что все могут оценить ее красоту, лежащую в основе сложных явлений, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Срабатывание ложных сигналов тревоги у нас в мозгу – и ложное чувство уверенности, позволяющее нам спокойно спать по ночам; истории, которые навязывают нам соцсети, и мемы, которые распространяются через них, – все это тоже математика. Математика – это лазейки в законе и заплатки, которые их закрывают; технология, которая спасает жизни, и ошибки, которые подвергают их риску; вспышки смертельных болезней и лечебно-профилактические стратегии. Это самый многообещающий шанс найти ответы на фундаментальные вопросы Вселенной и нашего собственного вида. Математика ведет нас по бесчисленным путям жизни и поджидает у гробовой доски, чтобы взглянуть, как мы делаем последний вдох.
