Θεώρημα των απείρων πιθήκων

Σύμφωνα με το θεώρημα των απείρων πιθήκων, ένας πίθηκος που χτυπάει πλήκτρα στην τύχη σε μία γραφομηχανή για ένα άπειρο χρονικό διάστημα θα παραγάγει σχεδόν βέβαια ένα δεδομένο κείμενο όπως για παράδειγμα τα άπαντα του Ουίλιαμ Σαίξπηρ.
Σε αυτό το πλαίσιο το «σχεδόν βέβαια» είναι μαθηματικός όρος με συγκεκριμένη έννοια, και ως «πίθηκος» δεν νοείται ένας πραγματικός πίθηκος, αλλά χρησιμοποιείται μεταφορικά ως μία αφηρημένη συσκευή που παράγει μία τυχαία σειρά γραμμάτων επ' άπειρον. Το θεώρημα καταδεικνύει τους κινδύνους στους συλλογισμούς για το άπειρο όταν υπεισέρχεται η υπόθεση τεράστιου αλλά πεπερασμένου αριθμού και αντίστροφα. Η πιθανότητα να παραγάγει ο πίθηκος ένα κείμενο με μέγεθος αντίστοιχο του Άμλετ, είναι τόσο μικρή ώστε αν το πείραμα εκτελούνταν, η πιθανότητα να συμβεί μέσα σε ένα χρονικό διάστημα της τάξης μεγέθους της ηλικίας του σύμπαντος είναι μηδαμινή αλλά όχι μηδενική.
Παραλλαγές του θεωρήματος περιλαμβάνουν περισσότερους ή και άπειρους δακτυλογράφους, ενώ το κείμενο στόχος ποικίλει μεταξύ ολόκληρης βιβλιοθήκης και μίας μόνο πρότασης. Η ιστορία αυτών των θεωρημάτων ανιχνεύεται στο έργο του Αριστοτέλη Περὶ γενέσεως καὶ φθορᾶς και στο έργο του Κικέρωνα De natura deorum, εν συνεχεία στους Μπλεζ Πασκάλ και Τζόναθαν Σουίφτ, και τελικώς στα σύγχρονα θεωρήματα με τους εικονικούς γραφείς. Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο Εμίλ Μπορέλ και ο Άρθουρ Έντιγκτον χρησιμοποίησαν το θεώρημα για να δείξουν τις χρονικές κλίμακες των θεμελίων της στατιστικής μηχανικής. Διάφοροι χριστιανοί απολογητές από την μία και ο Ρίτσαρντ Ντόκινς από την άλλη έχουν διαφωνήσει για την καταλληλότητα των πιθήκων ως μεταφορά για την εξέλιξη
Το ενδιαφέρον του κοινού για τους πιθήκους που δακτυλογραφούν συντηρείται από τις πολλές εμφανίσεις του στην λογοτεχνία, την τηλεόραση, το ραδιόφωνο, την μουσική και το ίντερνετ. Το 2003 έγινε ένα πραγματικό πείραμα με μακάκους του είδους Macaca nigra. Το αποτέλεσμα της εργασίας τους ήταν πέντε σελίδες που αποτελούνταν κυρίως από το γράμμα 'S'.

Πιθανότητες

Αγνοώντας την στίξη, τα διαστήματα και τα κεφαλαία, ένας πίθηκος που δακτυλογραφεί τυχαία με κανονική κατανομή έχει πιθανότητα μία στις 26 να δακτυλογραφήσει σωστά το πρώτο γράμμα από τον Άμλετ. Έχει πιθανότητα μία στις 676 (26 × 26) να δακτυλογραφήσει τα πρώτα δύο γράμματα. Επειδή η πιθανότητα μειώνεται εκθετικά, στα είκοσι γράμματα είναι ήδη ένα στα 26²⁰ = 19,928,148,895,209,409,152,340,197,376 (σχεδόν 2 × 10²⁸). Για την περίπτωση ολόκληρου του κειμένου του Άμλετ, η πιθανότητα είναι υπερβολικά μικρή ώστε να γίνει αντιληπτή σε ανθρώπινους όρους. Το κείμενο του Άμλετ περιέχει περίπου 130.000 γράμματα. Έτσι η πιθανότητα είναι ένα στα 3.4 × 10¹⁸³ ⁹⁴⁶ ώστε να δακτυλογραφηθεί σωστά το κείμενο στην πρώτη προσπάθεια. Ο μέσος αριθμός γραμμάτων που χρειάζεται να δακτυλογραφηθεί μέχρι να εμφανιστεί το κείμενο είναι επίσης 3.4 × 10¹⁸³ ⁹⁴⁶, ή συμπεριλαμβάνοντας και την στίξη, 4.4 × 10³⁶⁰ ⁷⁸³.
Ακόμα και αν το παρατηρήσιμο σύμπαν ήταν γεμάτο πιθήκους που δακτυλογραφούσαν όλη την ώρα, η συνολική πιθανότητα να παραγάγουν ένα αντίγραφο του Άμλετ θα ήταν 1 / 10¹⁸³ ⁸⁰⁰.  Όπως το έθεσαν ο Τσαρλς Κάιτελ και ο Χέρμπερτ Κρέμερ, «η πιθανότητα για τον Άμλετ είναι έτσι μηδέν υπό οποιαδήποτε επιχειρησιακή έννοια…», και η πρόταση ότι οι πίθηκοι πρέπει τελικώς να πετύχουν «δίνει παραπλανητικό συμπέρασμα για τους πολύ μεγάλους αριθμούς.» Αυτό προέρχεται από το εγχειρίδιο τους στην θερμοδυναμική, το πεδίο του οποίου το στατιστικό υπόβαθρο έδωσε το κίνητρο για τις πρώτες γνωστές εμφανίσεις της υπόθεσης των πιθήκων που δακτυλογραφούν.

Στατιστική μηχανική

Μία από τις μορφές που είναι γνωστό σήμερα το θεώρημα, με τους πίθηκους που δακτυλογραφούν, εμφανίστηκε στο άρθρο του Εμίλ Μπορέλ Mécanique Statistique et Irréversibilité (1913, Στατιστική μηχανική κα μη αναστρεψιμότητα),), και στο βιβλίο του, Le Hasard (1914). Οι πίθηκοί του δεν είναι πραγματικοί, αλλά μία μεταφορά για ένα φανταστικό τρόπο να παραχθεί μία μεγάλη, τυχαία ακολουθία γραμμάτων. Ο Μπορέλ έγραψε ότι αν ένα εκατομμύριο πίθηκοι δακτυλογραφούσαν για δέκα ώρες την ημέρα, θα ήταν εξαιρετικά απίθανο το έργο τους να περιέχει ακριβώς όλα τα βιβλία των πλουσιότερων βιβλιοθηκών του κόσμου, και όμως, για σύγκριση, ήταν ακόμα πιο απίθανο από αυτό οι νόμοι της στατιστικής μηχανικής να παραβιαστούν, έστω και για σύντομο διάστημα.
Ο φυσικός Άρθουρ Έντιγκτον προχώρησε την σκέψη του Μπορέλ παραπέρα στο έργο του  Nature of the Physical World (Η Φύση του Φυσικού Κόσμου, 1928), γράφοντας:
Αν αφήσω τα δάκτυλά μου να περιπλανηθούν άσκοπα στα πλήκτρα μιας γραφομηχανής μπορεί να συμβεί το κείμενό μου να είναι μία πρόταση με νόημα. Αν μία στρατιά πιθήκων χτυπούσαν πλήκτρα σε γραφομηχανές μπορεί να έγραφαν όλα τα βιβλία του Βρετανικού Μουσείου. Η πιθανότητα να το πετύχουν αυτό είναι σαφώς μεγαλύτερη από αυτήν των μορίων να επιστρέψουν στο ένα μισό του δοχείου.
Με αυτά τα παραδείγματα ο αναγνώστης καλούνταν να αναλογιστεί την τεράστια απιθανότητα η εργασία μεγάλου αλλά πεπερασμένου αριθμού πιθήκων για μεγάλο αλλά πεπερασμένο χρονικό διάστημα να έχει αποτέλεσμα ένα σημαντικό έργο με την ακόμη μεγαλύτερη απιθανότητα συγκεκριμένων φυσικών φαινομένων. Κάθε φυσική διεργασία που είναι πιο απίθανο να συμβεί από την επιτυχία τέτοιων πιθήκων θεωρείται πρακτικώς απίθανη, και μπορεί να ειπωθεί με ασφάλεια ότι δεν πρόκειται να συμβεί ποτέ.

Προέλευση και «Η Ολική Βιβλιοθήκη»

Σε ένα δοκίμιο του 1939 με τίτλο «Η Ολική Βιβλιοθήκη» (The Total Library), ο Αργεντίνος συγγραφέας Χόρχε Λουίς Μπόρχες, εντόπισε την προέλευση της έννοιας των άπειρων πιθήκων στα Μεταφυσικά του Αριστοτέλη. Εξηγώντας τις αντιλήψεις του Λεύκιππου, κατά τον οποίο ο κόσμος προήλθε από τυχαίους συνδυασμούς ατόμων, ο Αριστοτέλης σημείωσε ότι τα άτομα αυτά καθεαυτά είναι ομογενή και ότι οι πιθανές διατάξεις τους διαφέρουν μόνο στο σχήμα, την θέση και την διάταξη. Στο έργο του, Περί γενέσεως και φθοράς, συγκρίνει με αυτό τον τρόπο με τον οποίο μια τραγωδία και μια κωμωδία αποτελείται από τα ίδια «άτομα», δηλαδή αλφαβητικούς χαρακτήρες. Τρεις αιώνες αργότερα, ο Κικέρωνας στο έργο του De natura deorum (Περί της φύσεως των θεών) διαφώνησε με την ατομική κοσμοθεώρηση:
Αυτός ο οποίος το πιστεύει αυτό μπορεί επίσης να πιστεύει ότι αν μία μεγάλη ποσότητα από τα εικοσιένα γράμματα, φτιαγμένα είτε από χρυσό είτε από άλλη ύλη, πετιόνταν στο έδαφος, θα έπεφταν με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίσουν τα Χρονικά του Έννιου. Αμφιβάλω αν η τύχη θα μπορούσε να φτιάξει έστω ένα στίχο από αυτά.
Ο Μπόρχες ακολουθεί την ιστορία αυτού του επιχειρήματος εν συνεχεία στον Μπλεζ Πασκάλ και τον Τζόναθαν Σουίφτ, και παρατηρεί ότι στον καιρό του το λεξιλόγιο είχε αλλάξει. Το 1939, ο ιδιωματισμός ήταν «ότι μισή ντουζίνα πίθηκοι με γραφομηχανές θα μπορούσαν, σε μερικές αιωνιότητες να παραγάγουν όλα τα βιβλία του Βρετανικού Μουσείου» (Στο ο οποίο ο Μπόρχες προσέθεσε, «ένας αθάνατος πίθηκος θα αρκούσε.») Ο Μπόρχες κατόπιν φαντάζεται τα περιεχόμενα της Ολικής Βιβλιοθήκης τα οποία θα παράγονταν από αυτή την επιχείρηση στην πλήρη έκτασή της:
Τα πάντα: η αναλυτική ιστορία του μέλλοντος, οι Αιγύπτιοι του Αισχύλου, ο ακριβής αριθμός των φορών που τα νερά του Γάγγη αντικατόπτρισαν την πτήση ενός γερακιού, η μυστική και αληθινή φύση της Ρώμης, η εγκυκλοπαίδεια Novalis θα είχε κατασκευάσει τα όνειρά και ημι-όνειρα μου της αυγής της 14ης Αυγούστου 1934, την απόδειξη του θεωρήματος του Φερμά, τα άγραφα κεφάλαια του Edwin Drood, τα ίδια κεφάλαια μεταφρασμένα στην γλώσσα που μιλούν οι Γαράμαντες, τα παράδοξα που εφηύρε ο Μπέρκλεϊ για τον Χρόνο αλλά δεν δημοσίευσε, τα βιβλία του σιδήρου του Urizen, τις πρόωρες εμπνεύσεις του Stephen Dedalus, οι οποίες θα ήταν χωρίς νόημα πριν από ένα κύκλο χιλίων χρόνων, το γνωστικό Ευαγγέλιο του Βασιλίδη, το τραγούδι που τραγούδησαν οι Σειρήνες, ο πλήρης κατάλογος της Βιβλιοθήκης, η απόδειξη ανακρίβειας αυτού του καταλόγου. Τα πάντα: αλλά για κάθε γραμμή με νόημα ή ακριβούς δεδομένου θα υπήρχαν εκατομμύρια κακοφωνίες χωρίς νόημα, φραστικά συνονθυλεύματα και ανοησίες. Τα πάντα: αλλά όλες οι γενιές της ανθρωπότητας θα μπορούσαν να περάσουν από τα ιλιγγιώδη ράφια, ράφια που εξαλείφουν την μέρα και στα οποία βρίσκεται το χάος, για να ανταμειφθούν με μία ανεκτή σελίδα.
Η έννοια της ολικής βιβλιοθήκης του Μπόρχες ήταν το κύριο θέμα του δημοφιλούς βιβλίου του «Η βιβλιοθήκη της Βαβέλ» (1941), στο οποίο περιγράφεται μία αφάνταστα τεράστια βιβλιοθήκη η οποία αποτελείται από συμπλεγμένες εξαγωνικές αίθουσες, που μαζί περιέχουν όλους τους πιθανούς τόμους που θα μπορούσαν να συντεθούν από τα γράμματα του αλφαβήτου και μερικούς χαρακτήρες στίξης.