Хавьер Фресан - Том. 22. Сон разума. Математическая логика и ее парадоксы

• Название: Том. 22. Сон разума. Математическая логика и ее парадоксы
• Автор: Хавьер Фресан
• Издательство: «Де Агостини»
• Жанр: Математика
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-9774-0717-5

На пути своего развития математика периодически переживает переломные моменты, и эти кризисы всякий раз вынуждают мыслителей открывать все новые и новые горизонты. Стремление ко все большей степени абстракции и повышению строгости математических рассуждений неминуемо привело к размышлениям об основах самой математики и логических законах, на которые она опирается. Однако именно в логике, как известно еще со времен Зенона Элейского, таятся парадоксы — неразрешимые на первый (и даже на второй) взгляд утверждения, которые, с одной стороны, грозят разрушить многие стройные теории, а с другой — дают толчок их новому осмыслению.

Имена Давида Гильберта, Бертрана Рассела, Курта Гёделя, Алана Тьюринга ассоциируются именно с рождением совершенно новых точек зрения на, казалось бы, хорошо изученные явления. Так давайте же повторим удивительный путь, которым прошли эти ученые, выстраивая новый фундамент математики.

---

Возьмем произвольную «точку» внутри круга, например его центр, и произвольную «прямую линию». Соединив «точку» с концами отрезка («прямой линии»), получим две «прямые», которые проходят через нее и параллельны исходной прямой, так как гипотетические точки пересечения этих прямых находятся на границе круга, а она не принадлежит пространству! Следовательно, в модели Бельтрами постулат о параллельности прямых не выполняется.

Неевклидова модель Эудженио Бельтрами.

Обратите внимание, что выше слова «точка» и «прямая линия» в одних случаях заключены в кавычки, а в других — нет. Таким образом мы проводим различие между абстрактными понятиями «точки» и «прямой линии», которые могут иметь различные толкования, и реальными точками и прямыми, на основе которых были определены эти понятия. Тот, кто считает, что описанная нами неевклидова модель не более чем математическая игра, возможно, изменит свою точку зрения после краткого экскурса в биологию. Расстояние, видимое человеческим глазом, в лучшем случае составляет несколько километров. Как следствие, все прямые, которые пересекаются за границей видимой нами области, выглядят для нас одинаково, а все, что мы видим вокруг себя, в достаточной мере соответствует модели, предложенной Бельтрами. В конце концов, какой будет разница между двумя прямыми, которые пересекаются в Нью-Йорке, и прямыми, которые пересекаются в Лос-Анджелесе, для европейца? Маленький мир человека не описывается законами геометрии Евклида. Однако человеческая философия не ограничивается этим маленьким миром.

Мы выбрали модель Бельтрами произвольно, из множества возможных. В том же самом пространстве мы можем назвать «прямыми» дуги окружности — в этом случае не будет выполняться первый постулат, так как две данные точки можно будет соединить неограниченным числом способов. Чтобы однозначно определить окружность, требуются три точки, и именно возможность выбрать третью точку произвольно и будет препятствовать выполнению постулата. Если в некоторых моделях первый постулат выполняется, а в других — нет, то истинность утверждения, согласно которому через две «точки» проходит единственная «прямая», зависит от значения понятий «точка» и «прямая», и задаваться вопросом о его истинности столь же нелепо, как и размышлять об истинности пророчества «В году А родится В», где читатель может заменить А и В произвольными значениями.

Пространство, в котором две разные прямые соединяют точки А и В и в котором не выполняется первый постулат Евклида.

Именно это мы имели в виду, когда говорили, что Эйнштейн очень четко понимал исключительно формальный характер геометрии. Несмотря на это его интересовали не логические отношения между понятиями, а конкретный вопрос о том, как объяснить действие сил на расстоянии, не используя понятие эфира. Для Эйнштейна «точками» были точки пространства, положение которых определялось координатами, указывающими их местоположение и момент времени, когда мы их рассматриваем. «Прямыми» для него были кратчайшие пути между двумя точками, вдоль которых движется луч света. Если для того чтобы объяснить природу пространства, физику нужно отказаться от постулата о параллельности прямых, то почему бы не сделать этого? В мае 1919 года, спустя четыре года после того, как Эйнштейн определил тяготение как меру кривизны Вселенной, экспедиции на африканский остров Принсипи удалось обнаружить, как отклоняется луч света звезд, близких к Солнцу и видимых только во время солнечных затмений. Именно эти эксперименты вкупе с теоретическими исследованиями, а не использование неевклидовой геометрии, позволили подтвердить корректность теории относительности.

Разумеется, когда Евклид работал над «Началами», он не думал о том, что его «точки» и «прямые» можно заменить чем-то другим. Для него все составляющие геометрии были наполнены физическим значением. Доказательством этому служат формулировки аксиом, которые, в частности, гласят, что для двух данных точек можно провести соединяющую их прямую, а не что для всякой пары «точек» существует единственная «прямая», их содержащая, — как мы обычно понимаем эту аксиому. Различие между двумя этими формулировками заключается в этом едва заметном переходе от точек к «точкам» и от «можно провести» к «существует». Именно этот переход привел к тому, что геометрия обрела абстрактный характер, и родилась математическая логика.

Новые системы аксиом

Первым следствием революции, произошедшей в геометрии, стало переопределение понятия аксиомы: теперь не имело смысла искать «очевидные истины». С момента рождения неевклидовой геометрии аксиома стала представлять собой не более чем утверждение, которое из соображений удобства становится основой некоторой теории, после чего из этого утверждения выводятся теоремы. Живительная особенность языка заключается в том, что мы можем сочетать слова так, как нам заблагорассудится, но если мы будем соблюдать определенные правила, наш собеседник всегда поймет нас, даже если мы произносим фразу впервые. Однако придумав новое слово, мы должны объяснить его значение другим людям, и если они посчитают это слово бесполезным или неблагозвучным, оно вряд ли приживется в языке. Нечто подобное происходит и в логике: утверждение нельзя доказать «с чистого листа» — на этом листе вначале нужно записать некоторые принципы, истины, с которыми согласны все, а также правила дедукции или логического вывода, благодаря которым мы сможем получить новые утверждения на основе аксиом.

Классический пример подобного правила — modus ponens, «утверждающий модус», который заключается в следующем: «Если А, то В» и если А истинно, то В истинно. Вновь отметим, что значение правил логического вывода, как и значение аксиом, исключительно формально. Так, силлогизм: «Все люди могут летать.

Икар — человек, следовательно, он может летать» — корректен, в то время как высказывание: «Если идет дождь, земля мокрая. Земля мокрая, следовательно, прошел дождь» корректным не является. Хотя высказывание о мокрой земле после дождя выглядит разумным, а высказывание о летающих людях — совершенно абсурдным, первое высказывание корректно, а во втором перепутаны причина и следствие. Действительно, после дождя земля мокрая, однако если земля мокрая, это необязательно связано с дождем: например, по улице просто могла пройти поливальная машина. Также существует modus tollens (от лат. modus tollendo tollens — «путь исключения исключений»), который гласит, что из утверждения «Если А, то В» при ложном В выводится ложность А, как в высказывании «Если что-то неизвестно, об этом лучше промолчать. Если я говорю, то я знаю, о чем говорю».

* * *

ОБОЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Структуру modus ponens и modus tollens удобнее запомнить, если записать их в виде схем, в которых посылки и заключение разделены линией. Если мы обозначим через ¬А и ¬В отрицания А и В, то есть утверждения, противоположные им по смыслу, то modus ponens и modus tollens будут описываться следующими схемами:

* * *

В общем случае правило вывода верно, когда его результат является истинным вне зависимости от толкования посылок. Так, высказывание «Если Р и Q, то R» корректно вне зависимости от значений Р, Q и R: всякий раз, когда Р и Q одновременно будут истинными, R также будет истинным. И вновь речь идет о формальном критерии, который подразумевает, например, что высказывание «Если ноль отличается от единицы и если единица равна нулю, то вы мой отец» является корректным. Так как ни в одном из возможных миров ноль не может отличаться от единицы и одновременно быть равным ей, исходные посылки никогда не будут верными. Это понимали уже схоластики, которые сформулировали выражение ех contradictione sequitur quodlibet, то есть «из противоречия следует все что угодно».

* * *

MODUS TОLLENS И ФАЛЬСИФИЦИРУЕМОСТЬ

Согласно философу Карлу Попперу (1902–1994), modus tollens — это единственное корректное правило вывода в естественных науках. Когда мы пытаемся объяснить какое-то явление, то научный метод, который Поппер назвал гипотетико-дедуктивным, заключается в том, чтобы выдвинуть гипотезу и провести эксперимент, который позволит опровергнуть ее. Если из гипотезы Н следует наблюдаемое следствие 0, которое неизменно повторяется в лабораторных условиях, то Н становится научным законом. Однако если мы не можем поочередно проверить все возможные ситуации, в которых применима наша гипотеза, то мы никогда не сможем быть уверенными в ее истинности. Чтобы быть уверенными в том, что все лебеди — белые, нужно исследовать все уголки планеты, однако достаточно увидеть всего одного черного лебедя, как это произошло с первыми поселенцами в Австралии, чтобы опровергнуть гипотезу. Этот принцип известен под названием принципа фальсифицируемости и является не чем иным, как modus tollens: «Если гипотеза Н верна, то из нее следует следствие 0. Так как мы наблюдаем противоположное 0, то гипотеза Н ложна».