Článek pro rubriku Dezorientace časopisu Click!, číslo 10/2006.
Kdybychom chtěli situaci ve světové matematice na začátku dvacátého století popsat dnešními sportovními termíny, dalo by se říci, že dlouhodobými favority, kteří si to nakonec spolu vždy rozdali ve finále, byla Francie a Německo.
Někteří soupeři – Anglie, Rakousko, Rusko, Spojené státy – byli nepopiratelně kvalitní, ale na extratřídu prostě neměli. Krátce po první světové válce však k oběma hvězdným týmům přibyl naprosto nečekaně třetí: polský, postavený především na hráčích z Haliče. A nedal se ničím zahanbit.
Polsko mezi dvěma světovými válkami byla zvláštní země i na tehdejší evropské poměry, které byly tak jako tak snůškou kuriozit. Začínalo to už při pohledu na mapu. Oproti dnešním hranicím si musíte tehdejší Polsko představit jako celé posunuté o nějakých čtyři sta kilometrů na východ. Západ dnešního Polska patřil Německu. Hraniční trojmezí Československo-Polsko-Německo leželo kousek na severovýchod od Ostravy!
Hranice na všech stranách byly plné výběžků a kapes, nejzápadnějšími polskými městy byly Poznań a Leszno, na severu téměř chyběl přístup k moři kromě úzkého pásu zvaného Koridor, ukončeného v Gdynii, kde si mladý polský stát postavil velký námořní přístav – jinde to totiž ani nešlo. Gdańsk měl statut svobodného města a žili v něm především Němci, na východ od něj začínalo německé Východní Prusko s hlavním městem Königsbergem (česky Královec), nespojené s hlavním územím Německa; dnes je z něj mimochodem Kaliningradská oblast, oříšek pro právníky, protože jde o ruské území kompletně obklíčené zeměmi EU a navíc narvané k prasknutí funkčními i nefunkčními zbraněmi, raketovými sily a bandami nezaměstnaných skinheadů. Stín někdejší geopolitiky je pěkně dlouhý.
Východní hranice meziválečného Polska, a ta nás v tomto příběhu zajímá nejvíc, byla posunutá tak, že země obsahovala pořádný díl dnešní Ukrajiny, Běloruska a Litvy. Lvov, Tarnopol, Vilnius, Grodno i Rovno byla polská města, hranice šla až k Minsku a nepříliš daleko od Kyjeva. Velké části této oblasti se za carského Ruska říkalo Pásmo osídlení neboli Pale. Soustřeďovala Židy z celé říše. Jinde žít bez speciálního povolení nesměli. Polsko, které po dlouhé pauze vytvořilo roku 1918 znovu nezávislý stát – ten předchozí definitivně zanikl roku 1795 – bylo mnohonárodnostní a multikulturní právě tak jako většina zemí střední Evropy. Kromě národní kultury se v něm silně projevovaly, židovské, německé a ruské vlivy. A centrem polského kosmopolitního života byl právě haličský Lvov, město na pomezí kultur ležící kousek od sovětských, československých a rumunských hranic.
Skotská kavárna
Lvov patřil do roku 1918 k Rakousku-Uhersku, nikoli k ruské říši, takže jeho duchovní inklinace byla spíše západoevropská. Lvovská univerzita se na začátku dvacátého století stala místem velkého soustředění matematických talentů. Je zajímavé všimnout si, jak podobné ostrůvky vznikají. Zpravidla to vyžaduje překvapivě málo: jednu či dvě silné osobnosti a minimální organizační zázemí. Talentovaní žáci přijdou sami.
Lvovská matematická škola nebyla instituce, ale název intelektuální skupiny, směru bádání a přemýšlení. Její základnou byla pochopitelně hlavně tamní univerzita. De facto ji založil muž, o němž kromě hrstky odborníků dnes neví nikdo. Plným jménem – v Polsku jsou plná jména náležitě důstojná a obřadná – se nazýval Władysław Hugo Dyonizy Steinhaus. Pocházel z Haliče, disertaci napsal v Göttingen u samotného Davida Hilberta, zřejmě největšího světového matematika tehdejší doby, a pak se vrátil domů. Zabýval se rozvojem teorie Lebesgueovy míry, ale jeho organizační přínos byl větší, takže jeho žáci ho v mnohém zastínili. Osud vynikajících učitelů!
„Největším Steinhausovým objevem“, jak to sám nazval, byl jeho mladší spolupracovník a doktorand Stefan Banach. I to byl venkovský kluk z Haliče, typické zázračné dítě téměř bez formálního matematického vzdělání. K objevu došlo za války, kdy Steinhaus náhodou na ulici v Krakově zaslechl dva mladíky, jak se spolu baví o vyšší matematice; jeden z nich byl Banach. Za týden dokončili první společný článek, hned po válce získal Banach asistentské místo ve Lvově a v roce 1924 se tam stal profesorem. Pracoval rád po kavárnách a hospodách; když všude zavřeli, nepohrdl nádražním bufetem, kde psal vzorce u půllitru piva. Vyhovovala mu společnost, hudba a kouř; podobal se básníkům a spisovatelům téže doby od Hemingwaye po Majakovského, jenže zkoumal svět jiným způsobem a výsledky svého průzkumu sepisoval v jiném, výlučnějším jazyce.
Banach byl duší společnosti v podniku jménem Kawiarnia Szkocka (Skotská kavárna), který se stal neformálním centrem lvovské matematické školy. Představte si je, jak tam popíjejí kávu, pivo a vodku, poslouchají klezmer a čmárají vzorce přímo na mramorové desky stolků… Později si pořídili na skicování hypotéz tlustou knihu, kterou jim opatroval vrchní, takzvanou Skotskou knihu (Księga Szkocka). Do začátku druhé světové války, kdy tradice nevyhnutelně skončila, do ní zapsali 193 problémů, některé se jim podařilo vyřešit, jiné ne. Autor problému zpravidla uvedl i cenu pro řešitele: za snadné úlohy kávu, za těžší malé pivo, za ještě těžší porci kaviáru…
K nejslavnějším výsledkům zapsaným v této knize patří takzvaný Banach-Tarského paradox. Popravdě řečeno, zní tak, že jinde než v hospodě snad ani vzniknout nemohl; přesto jde o mimořádně důležitý výsledek posouvající matematické poznání o kus dál. Spočívá v tomhle: kouli lze rozřezat na konečný počet kusů a ty přeskupit tak, že vzniknou dvě koule stejné velikosti jako ta původní. (Později se ukázalo, že těch částí musí být minimálně pět.) Absurdní, že?
Banach-Tarského paradox pěkně ukazuje, jaký je rozdíl mezi matematickými a reálnými objekty. Každý vzdělaný člověk chápe, že matematické objekty jsou idealizací předmětů z reálného světa. Skutečná koule není nikdy dokonale kulatá, přímka nakreslená na papíře nemá nulovou šířku, bod není tím, „co nemá dílu“ (jak napsal Eukleidés v Základech). Přesto nám dosah této skutečnosti nedochází dostatečně. Háček paradoxu a klíč k němu spočívá ve slovním obratu „rozřezat na kusy“. Kusy, o nichž Banach a Tarski uvažovali, jsou jednak nesmírně (doslova nekonečně!) komplikované, jednak zvolené tak, že nemají objem (to není tak exotické, jak se zdá: čtverec nakreslený v rovině také žádný objem nemá a nikomu to nevadí), a konečně jde o kusy nesouvislé, tvořené izolovanými částmi a body (při minimálním dělení na pět částí je jedna z nich jediným bodem).
Steinhaus si o Banach-Tarského paradoxu nechal referovat ve své pracovně na univerzitě; Kawiarnia Szkocka nepatřila k jeho oblíbeným podnikům, v tom si se svými žáky nerozuměl. Raději chodil do cukrárny, která podle Stanisława Ulama „byla víc nóbl … a měli tam nejlepší zákusky v Polsku.“ Možná právě tam vymyslel svůj slavný problém dělení dortu. Jak od oka rozdělit dort tak, aby všichni byli spokojeni se svým dílem a nikdo nemohl druhému závidět? Dělení pro dvě osoby je snadné: jeden krájí, druhý si vybere, který díl chce. Pro tři a více jde o těžkou úlohu, která je dnes nicméně vyřešena (i pro obecné n).
Nebyl jen Lvov
Ovšem špičkových polských matematiků bylo mnohem více než parta kolem Skotské kavárny. Dalšími dvěma centry bádání byly univerzity ve Varšavě a v Krakově. Velmi známé je například jméno Wacława Sierpińského, který se zabýval teorií množin, teorií čísel a topologií. Cituje ho každá slušná kniha o fraktálech, protože objevil některé z prvních útvarů tohoto typu, především tzv. Sierpińského koberec (dvojrozměrné zobecnění Cantorovy množiny) a Sierpińského křivku (to je jedna z těch půvabných čar s Hausdorffovou dimenzí rovnou dvěma, které tudíž dovedou zaplnit beze zbytku plochu, tedy matematická hračka v mnohém podobná Banach-Tarského paradoxu).
Každý, kdo někdy měl v ruce kalkulačku značky Hewlett-Packard, ví, co to je reverzní polská notace. Jde o speciální zápis aritmetických výrazů, zpočátku trochu nepřirozený, ale velmi užitečný, protože je zcela jednoznačný – člověk si nemusí lámat hlavu, s jakou prioritou operací kalkulačka pracuje. U normální kalkulačky je nejednoznačné, zda 6 + 5 * 3 se spočte jako 21, což odpovídá běžným aritmetickým pravidlům, nebo jako 33, což je daleko pravděpodobnější; to, co jsme měli na mysli, pak musíme zapsat buď jako 5 * 3 + 6, nebo jako 6 + (5 * 3). V (důsledné) reverzní polské notaci se stejný výraz zapíše jako + 6 * 5 3, v její běžné modifikaci pro kalkulačky HP pak jako 6 Enter 5 Enter 3 * +. Reverzní notaci využívá Lisp a programovací jazyky postavené na práci se zásobníkem, například Forth. Celá ta věc je dílem polského logika Jana Łukasiewicze a byla publikována poprvé kolem roku 1920.
Velkou tradici mělo v polské matematice luštění šifer. Souviselo to s celkovou vysokou vlasteneckou morálkou národa: každý se snažil něčím přispět, a co mohl dělat matematik lepšího než prolomit nepřátelskou šifru? Během polsko-sovětské války v letech 1919 – 1921 Poláci odposlouchávali a poté rozluštili šifry, které používal velitel Páté armády Michail Tuchačevskij a jeho štáb. To velmi přispělo k polskému vítězství v bitvě o Varšavu a k celkovému výsledku války, příznivému pro Polsko; obhájilo svou východní hranici. V čele luštění sovětských šifer stál matematik Stefan Mazurkiewicz, žák Wacława Sierpińského.
Mnohem větší roli však měli polští špióni a matematici ve druhé světové válce. Zasloužili se ve velké míře o prolomení německé šifry Enigma, což umožnilo Spojencům mimo jiné zvítězit v bitvě o Atlantik. Polská rozvědka se zabývala touto šifrou od začátku třicátých let, kdy ji Němci začali používat pro vojenské komunikace. Enigma byla strojově generovaná a ve své době byla nejdokonalejším prakticky používaným šifrovacím systémem na světě. Ke konečnému prolomení šifry došlo až za války ve slavném výzkumném centru Bletchley Park v Anglii, ale bez předběžné práce Poláků, zejména mladého matematika Mariana Rejewského, by se to nepodařilo buď nikdy, nebo mnohem později.
Co se s nimi stalo potom
Alfred Tarski (1901 – 1983) odplul v srpnu 1939 z Polska do USA na lodi, která se ukázala být poslední. O pár dní později zaútočili na Polsko Němci, čímž začala druhá světová válka. Tarski do konce života přednášel v Berkeley, jeho rodina zahynula v koncentračních táborech.
Žáci Steihause a Banacha Marek Kac (1914 – 1984) a Stanisław Ulam (1909 – 1984) emigrovali na začátku války na Západ, oba skončili v Americe a pracovali v Los Alamos. Byli úzkými spolupracovníky Richarda Feynmana, Johna von Neumanna a později Paula Erdőse. Kac s Feynmanem vypracovali metodu numerického řešení některých parciálních diferenciálních rovnic pomocí stochastických procesů, což byla jedna z mnoha překážek, jež bylo třeba zdolat při výpočtech vyžadovaných konstrukcí atomové bomby. Ulam zase počátkem padesátých let odstranil většinu matematických potíží souvisejících s vodíkovou bombou a otevřel tak pro Tellera cestu k jejímu sestrojení. Kac a Ulam napsali vynikající popularizační knihu o moderní matematice, která vyšla v roce 1977 česky.
Hugo Steinhaus (1887 – 1972) se za války skrýval v ilegalitě. Po válce se stal profesorem ve Wrocławi, kde se pokusil oživit tradici Skotské knihy. Kouzlo se samozřejmě nedostavilo.
Stefan Banach (1892 – 1945) zůstal po začátku války ve Lvově. Podařilo se mu udržet si profesorské místo i po sovětské anexi východního Polska k Ukrajině, v roce 1941 však přišli Němci. Banach se během okupace živil kuriózním způsobem: svou krví krmil vši používané při lékařském výzkumu tyfu. Zemřel krátce po válce na rakovinu.
Wacław Sierpiński (1882 – 1969) byl do konce svého života profesorem matematiky ve Varšavě.
Stefan Mazurkiewicz (1888 – 1945) strávil válku ve Varšavě, za povstání přišel o celé své vědecké dílo a téměř o život v hořícím domě, krátce poté zemřel.
Jan Łukasiewicz (1878 – 1956) emigroval z Polska hned po druhé světové válce, nejprve do Belgie, pak byl profesorem v Dublinu.
Marian Rejewski (1905 – 1980) byl po vypuknutí války spolu s celou kryptoanalytickou skupinou Biuro Szyfrów evakuován do Rumunska, odtud do Francie a po německé okupaci Francie do Alžírska. Jeho další život by vydal na nepříliš radostný dobrodružný román. Krátce: v roce 1940 se s dvěma polskými kolegy vrátil do neokupované části Francie. V ilegalitě tam luštili další německé šifry pro francouzské hnutí odporu. Skupina byla odhalena po dvou letech, analytici uprchli složitou cestou do Španělska, cestou je oloupil a téměř zabil jejich průvodce, ve Španělsku strávili půl roku ve vězení, pak byli propuštěni a přes Portugalsko se dostali do Anglie. Dalo by se čekat, že Rejewski bude okamžitě zařazen do Bletchley Parku, ale to se nestalo - o existenci tohoto přísně utajeného střediska se do konce války ani nedověděl. Namísto toho jako příslušník exilové polské armády luštil snadné německé šifry nízké důležitosti. Po válce se vrátil do Polska, kde se stal ředitelem továrny na kabely ve svém rodném městě Bydgoszcz. Komunistická tajná služba ho léta prošetřovala, přišel kvůli tomu o kvalifikovanou práci a skončil jako účetní. Tajemství, jak byla Enigma rozluštěna, odtajnili Britové až roku 1973. Teprve pak se Rejewski dočkal jistého uznání a posléze pohřbu s vojenskými poctami.
Skotská kniha přečkala válku údajně zakopaná na fotbalovém hřišti. V roce 1981 vyšla v USA knižně s obsáhlým komentářem.
Někdejší Kawiarnia Szkocka na ulici Tarase Ševčenka v ukrajinském městě Lviv se dnes stejně jako za Sovětského svazu jmenuje Desertnyj bar. Mramorové stolky tam prý už nejsou.
Přečtěte si:
- Marek Kac, Stanisław Ulam: Matematika a logika – retrospektiva a perspektivy
- Ian Stewart: Odsud až do nekonečna
Poslouchejte u toho:
- Krzysztof Penderecki: Polskie Requiem
- Czesław Niemen: Bema pamięci żałobny rapsod
- Czesław Niemen: Dziwny jest ten świat
- The Klezmatics: Rhythm & Jews
- John Zorn: Bar Kochba