Учитель
Шрифт:
Поводы для сомнений, раздумий были нешуточные. К началу 20-века в основаниях математики наступил очередной кризис, вызвавший большой резонанс в математических кругах. Кризис этот до сих пор не преодолён, и я сомневаюсь, что существует абсолютный ответ на него, какой-то абсолютный выход.
Речь шла о самой природе математики. Что она изучает, что собой представляют математические объекты, в каком смысле они существуют и т. д. Подобные вопросы, разумеется, ставились на протяжении всей истории научной деятельности человека, но в обсуждаемое время они приобрели особенную остроту в связи с появлением теории множеств и универсальным распространением языка этой теории на математику. Теория множеств была почти единолично развита в конце 19-го века великим немецким математиком и мыслителем Георгом Кантором [36] , который, кстати, сам употреблял более точное именование «Учение о Множествах». В 1985 г. издательство «Наука» выпустило в серии «Классики Науки» великолепный том переводов трудов Кантора [37] . Книга эта просто бесценный источник для всех, кто интересуется историей и философией науки. Кантор далеко выходит за пределы собственно математики, обращаясь к теологии и обсуждая философскую сторону своих построений не только с математиками [38] , но и с богословами. Действительно, способность нашего Духа, как поэтической его части, так и интеллектуальной, выходить за пределы повседневного ограниченного опыта конечного,
36
Georg Cantor (1845–1918). Вслед за Кантором следует упомянуть другого великого немецкого математика Рихарда Дедекинда (Richard Dedekind (1831–1916)).
37
Георг Кантор, "Труды по теории множеств", под ред. А.Н. Колмогорова и А.П. Юшкевича, «Наука», Москва 1985. Замечательный очерк Теории Множеств, включающий философские и исторические вопросы, можно найти в монографии Френкеля и Бар-Хиллела «Основания Теории Множеств», Мир, Москва 1966, пер. с англ. Англ. оригинал: Foundations of Set Theory, North-Holland Publ. Co, Amsterdam, 1958.
38
Огромный интерес представляет переписка Кантора с Дедекиндом.
39
Самая первая фраза, открывающая Библию, «В начале сотворил Б-г небо и землю», прочитанная в оригинале, содержит загадку, переводом не переданную (невероятно трудно переводить Танах!) Стоящее в оригинале слово «Элохим», переведённое, как Б-г, грамматически является множественным числом от «Эл» («бог», скорее в языческом смысле слова), однако, управляет глаголами в единственном числе. И эта грамматическая странность настойчиво проводится в Танахе. Одно из объяснений состоит в том, что здесь необычная грамматика выражает идею постижения нашим Духом Единого Б-га, вобравшего в себя и преодолевшего все прежние языческие божества. Основная интеллектуальная операция теории множеств, при которой из предстоящих нашему воображению или взгляду объектов создаётся новая сущность, новый объект — множество данных предметов, сродни этой фундаментальной теологической конструкции.
Рассказать обо всём этом неподготовленной аудитории нелегко, но я всё же попробую что-нибудь сделать в этом направлении. Опыт, и как мне кажется положительный, такого устного рассказа у меня есть. Незадолго до отъезда в 1987 или в 1988 г. я прочёл доклад по теории множеств на философском семинаре института им. Гнесиных в Москве. Теория множеств для музыкантов! Это было захватывающе интересно (по меньшей мере, для меня самого) [40] .
Кантора можно назвать Поэтом Бесконечного. До него Бесконечность представлялась неразличимым бесструктурным целым, противоположным конечному, тому, что можно перечислить, сосчитать. Что-то вроде синих очертаний гор на горизонте. Кантор открыл невероятную по богатству Страну Бесконечного, множество типов бесконечности, находящихся в удивительных отношениях друг с другом. Он определил, в каком смысле две бесконечности одинаковы по «количеству» составляющих их элементов, и в каком одна «больше» другой. Например, оказалось, что смутно ощущаемое превосходство непрерывной бесконечности точек прямой над бесконечностью ряда положительных целых чисел 1,2,3,… может быть выражено точным математическим утверждением (знаменитая теорема Кантора (1873 г.) [41] о несчётности континуума). Первая бесконечность мощнее, больше второй. В то же время Кантор с изумлением обнаружил, что на прямой «столько же» точек, сколько во всём пространстве [42] . Страна Бесконечного таила свои опасности, и главные из них были ещё впереди.
40
Случилось так, что буквально в те же дни меня попросили сделать доклад на ту же тему для аспирантов-математиков мех-мата МГУ. Переключаться с одной аудитории на совершенно другую было тоже крайне интересно.
41
Многие источники относят это фундаментальное открытие (первый пример бесконечности, «большей», чем бесконечность ряда положительных целых чисел) к более поздней дате, но оно обсуждается и формулируется уже в письмах Кантора Дедекинду декабря 1873 г. (См., Кантор, цит. соч. стр. 329–330).
42
«Я это вижу, но я в это не верю» — писал Кантор Дедекинду (письмо от 29 июня 1877 г., Кантор цит. соч. стр. 344; интересно, что цитированные слова написаны Кантором по-французски, чем, вероятно, подчёркивается его эмоциональное состояние). Позже Брауэр (об этом выдающемся математике мы ещё поговорим ниже) показал, что наша интуиция восстанавливается, если рассматривать непрерывные (топологические) соответствия между прямой и пространством…
Георг Кантор
Другим удивительным достижением Кантора была обнаруженная возможность «счёта за «тремя точками»«в ряде положительных целых чисел 1,2,3,…, т. е. введение бесконечных, трансфинитных чисел и построение их арифметики (1,2,3,…,w, w+1,…, где w — первое бесконечное число). Уходящий в необозримые, захватывающие дух дали бесконечного ряд таких чисел — одно из самых прекрасных, воистину божественных построений человеческого разума… Хорошо помню мои школьные годы, изумление, с которым я постигал эти открытия в математическом кружке при МГУ.
Предметом изучения в теории множеств, как показывает само название, являются множества. Но что это такое? Простого ответа здесь нет. Понятие это считается первоначальным, неопределяемым, постигаемым интуицией, развиваемой примерами. По-видимому, наилучшей остаётся характеристика этого фундаментального понятия, данная самим Кантором: «Под «множеством» мы понимаем соединение в некое целое М определённых хорошо различимых предметов нашего созерцания или нашего мышления, (которые будут называться «элементами» множества М)» [43] . Можно говорить о множестве яблок на данной яблоне, о множестве слушателей в данном концертном зале и т. д. Математика естественно больше интересуют множества, связанные с его профессиональной деятельностью. Например, можно говорить о множестве всех нечётных совершенных чисел (ср. выше). Никто сегодня не знает, содержит ли это множество хоть один элемент [44] .
43
Кантор, цит. соч., стр. 173.
44
Кстати, в теории множеств вводится понятие так называемого пустого множества, в котором вообще нет элементов. Что-то вроде числа ноль в арифметике. В этих терминах можно сказать, что никто не знает сегодня, пусто или нет множество всех нечётных совершенных чисел.
При рассмотрении множеств Кантор свободно пользовался так называемой абстракцией актуальной бесконечности, позволяющей рассматривать бесконечные совокупности одновременно существующих объектов. Наряду с этой абстракцией в философии с античных времён рассматривалась не столь драматическая идея потенциальной,
Идею потенциальной бесконечности можно связать с оптимистической верой в наше родовое бессмертие: то, что не успею сделать я, сделают дети, ученики, последователи, дети детей, ученики учеников и т. д. С другой стороны, поэты всех времён и народов воспевали бесконечность звёзд в ночном небе. Самого простого акта поэтического воображения достаточно, чтобы воспринимать ряд телеграфных столбов, уходящих за горизонт, или же уходящую за горизонт ленту шоссе, как явления бесконечные, даже если хорошо знаешь, что это шоссе Москва — Симферополь…
Различие между двумя видами бесконечности, очевидно, скорее интеллектуальное, для наших ежедневных дел несущественное. Однако оно имеет огромное практическое значение при построении математики.
Разумеется, возникает вопрос и о природе математических объектов. В каком смысле существует, скажем, множество всех положительных целых чисел, или, гораздо каверзнее, множество всех множеств положительных целых чисел? Кантор занимал здесь радикальную позицию, называемую в сегодняшней философии математики математическим платонизмом [45] . Великий немецкий мыслитель считал, что те же трансфинитные числа не менее реальны, чем звёзды на небе. Предполагается, что имеется некий надсубъективный мир математических объектов, в котором и существуют всевозможные множества. Математические утверждения выражают факты устройства, обстояния вещей в этом мире. Соответственно, любое корректно сформулированное утверждение о математических объектах (скажем, «существует нечётное совершенное число») либо верно, либо нет в том же вечном, от наших соглашений и знаний независимом смысле. Таким образом, приобретают универсальный статус и законы аристотелевской логики, в особенности закон исключённого третьего, формулировкой которого и являлось предыдущее предложение. По известному афоризму, математик не изобретает, но открывает свои теоремы, примерно, как географ-мореплаватель открывает неизвестные острова в океане [46] .
45
По имени античного философа Платона (428 или 427–348 или 347 до н. э.), с идеями которого действительно перекликается мировоззрение Кантора.
46
Если не ошибаюсь, эту мысль высказывал выдающийся немецкий логик, математик и философ Фреге (Gottlog Frege (1848–1925)).
Кантор провозглашал нашу способность свободно оперировать с бесконечностью, ничем не ограниченную постигающую и созидающую мощь нашего духа. «Сущность математики — в её свободе», — таков был прекрасный, поэтический лозунг великого математического романтика.
Но у свободы есть, как мы хорошо знаем, цена, и романтика иногда далеко заводит. Надо сказать, что Кантор заплатил страшную цену за прорыв в Бесконечное. Душевное заболевание прогрессировало, всё больше мешало ему работать. Великий мыслитель умер в нервной клинике…
Уже самому Кантору были известны парадоксы теории множеств, попросту говоря, противоречия в ней, возникавшие на её окраинах и связанные именно с неограниченной свободой в образовании самых общих понятий. Положение это, по существу, было нетерпимым — ведь по тем же законам классической, аристотелевской логики, имея противоречие, можно доказать всё, что угодно. Вот пример парадокса, известного Кантору, и показывающего опасность чрезвычайно общих понятий. Кантором была доказана красивая теорема о том, что по всякому множеству можно найти множество большей мощности, содержащее «большее» число элементов [47] . Применение этого результата к множеству всех множеств приводит к немедленному, очевидному противоречию, напоминающему, кстати, парадоксальные ситуации в физике, когда речь идёт о «всей» Вселенной. Наиболее знаменитый из парадоксов был открыт в начале XX века английским философом и математиком Бертраном Расселом (Russel, Bertrand 1872–1970). Интересно, что и в случае парадокса Рассела источником беды являлась именно неограниченная свобода в образовании множеств, чрезвычайная общность этого понятия. Сам же парадокс, в сущности, воспроизводил в рамках теории множеств ситуации, известные с глубокой античности [48] .
47
Этим свойством обладает множество всех подмножеств любого множества.
48
Речь идёт о парадоксах, связанных с автореферентностью, когда некоторое понятие определяется в терминах, включающих его самого, или когда некоторое понятие применяется к самому себе. Здесь можно упомянуть парадоксы «лжеца», известные с глубокой древности. Допустим, я произношу фразу: «То, что я сейчас сказал — ложь». Невозможно оценить это высказывание, ни как истинное, ни как ложное. К этому же типу относится известный в античности парадокс «все критяне лжецы» (представим себе, что это говорит критянин). Построение Рассела близко к известному парадоксу брадобрея: «В Севилье живёт цирюльник, который бреет всех тех севильцев, кто сам себя не бреет (и только их); как быть, если ему надо побриться?». Очевидно, такого рода цирюльник не может жить в Севилье, и эта идея лежит в основе так называемого диагонального метода Кантора и многих конструкций в теории алгорифмов. Однако, в случае теории множеств «Севильей» оказывается вся математическая Вселенная, и мы оказываемся перед лицом драматического противоречия. Ср., например, Френкель, Бар-Хиллел, цит. соч., Стефен К. Клини, Введение в метаматематику, иностранная литература, Москва 1957, пер. с англ., стр. 39–42.
Теория Множеств Кантора, встретив поначалу серьёзные возражения, постепенно утвердилась в качестве главной методологии математики. Ряд поразительных открытий был сделан на этом пути. Достаточно упомянуть формулировку в 1904 г. немецким математиком Эрнстом Цермело (Zermelo, Ernst 1871–1953) аксиомы, носящей его имя (и называемой также Аксиомой Выбора). Этот принцип чрезвычайно общей природы давно употреблялся в математике, но его не выделяли и не замечали. Между тем, Аксиома Выбора позволила строго доказать совершенно поразительные утверждения. Пожалуй, самым эффектным из них является так называемый парадокс Банаха-Тарского (1920 г.): любой шар можно разбить на конечное число частей, из которых надлежащими перемещениями их в пространстве можно составить два точно таких же шара. Просто чудеса из Библии, но на сей раз в математике! Термин «парадокс» применяется к этой корректно доказанной теореме ввиду невероятности полученного результата. Воистину эти разбиения и «надлежащие» перемещения уже более принадлежат Б-жественной Сущности, чем нашей. Но также сильно чувствуется, что созданы мы по Образу и Подобию, коль скоро способны заметить усилием интеллектуального воображения тени этих «надлежащих» перемещений. Последовавшее изучение природы Аксиомы Выбора и некоторых других принципов теории множеств привело к открытиям, сравнимым по значению с открытием неевклидовой геометрии или теории относительности в физике.