Вначале была аксиома. Гильберт. Основания математики

Коллектив авторов

БРАУЭР ПРОТИВ ГИЛЬБЕРТА

Брауэр заявлял, что «пируэты Цермело» способствуют прочному обоснованию математики раз и навсегда. Его беспокоило то, что последние 25 лет абстрактная математика возводила воздушные замки. Ему нельзя отказать в проницательности в том, что касается рисков аксиомы выбора. Благодаря ей были извлечены на свет многочисленные математические монстры. И в их числе, несколькими годами позже (в 1926 году), парадокс Банаха — Тарского. Теорема, стоящая за ним, обязательно использует эту сомнительную аксиому и производит следующее парадоксальное распределение множеств в трехмерном пространстве: шар можно разложить на конечное число отдельных частей,

так что на их основе можно вновь построить два шара, идентичных исходному. Это такой математический аналог библейского чуда хлебов и рыб (единственное, что сочетается со здравым смыслом, — то, что оба шара, идентичных исходному, не измеряются в понимании Лебега, поэтому данный парадокс никогда не появляется при вычислении объемов).

В 1907 году Брауэр получил степень доктора наук в Амстердамском университете, защитив диссертацию «Об основаниях математики», в которой наблюдались интуиционистские черты. Через пять лет, 14 октября 1912 года, уже получив признание как математик, с огромным профессиональным багажом за спиной, он прочитал лекцию под названием «Интуиционизм и формализм». Эта лекция обозначила начало его плана по обоснованию математики, и сразу же на нее навесили ярлыки «интуиционизм» и «формализм». В этой лекции Брауэр отсылал к Канту, Кронекеру и недавно скончавшемуся Пуанкаре (самой яркой из «звезд») как к своим предшественникам.

КРИВАЯ ГИЛЬБЕРТА

В 1877 году Кантор построил биекцию между отрезком и квадратом. В отрезке было столько же точек, сколько и в квадрате. Возможность установить соответствие по одному между одномерной прямой и двумерной плоскостью заставила его воскликнуть: «Я это вижу, но я в это не верю!» Дюбуа-Реймон пошел еще дальше и заявил, что это «противно здравому смыслу». С1890 по 1891 год Пеано и Гильберт вообразили соответствующие непрерывные кривые, способные пройти через каждую точку квадрата. Кривые Пеано и Гильберта (одномерные линии, способные заполнить двумерные квадраты) только усугубили проблему размерности. Как различить «измерения»? Пуанкаре подчеркнул необходимость надлежащего определения измерения.

Брауэр и топология

С 1908 по 1911 год Брауэр взял паузу в жестокой борьбе за интуиционизм и заложил основы новой математической дисциплины — топологии, «геометрии на резиновом листе» (как выразился Пуанкаре). Для начала он предложил несколько контрпримеров, о которые разбивались большинство результатов, полученных Артуром Шёнфлисом (1853-1928), другом Гильберта. И уже в 1911 году он представил теорему об инвариантности размерности с помощью бинепрерывного приложения, то есть гомеоморфизма, что положило конец сомнениям, зароненным Кантором, Пеано и Гильбертом: m-мерное и п-мерное пространства негомеоморфны, если m отличается от n. Они могут поддаваться биекции, но никогда не гомеоморфны, потому что эта биекция не будет непрерывной. Топология демонстрировала торжество здравого смысла.

После каждой итерации кривая Г ильберта змеится все больше и больше, прежде чем (в пределе) полностью покрыть квадрат.

Вклад Гаусса, Римана и, наконец, Гильберта позволил геометрии окончательно освободиться от наследия Евклида и Канта (несмотря на протест Фреге). Брауэр предложил отказаться от априорного подхода Канта к пространству, но более решительно придерживался априорного подхода ко времени. Математика ведала свойствами времени, поскольку его ход сводился к арифметической последовательности: 0, 1, 2, 3, 4... 1 после 0, но до 2, и так далее.

Согласно Брауэру, нужно было восстановить конструктивистское видение математики Пуанкаре.

Несмотря на перевод и адаптацию работ Кантора на французский язык, Пуанкаре получал шпильки в свой адрес со стороны Рассела и Цермело, которые называли его ретроградом, игнорирующим новый математический метод. Но и Пуанкаре не молчал, насмехаясь над логицистским течением: «Логика не стерильна, она порождает противоречия». Кроме того, он указывал на то, что если бы всю математику можно было вывести на одних только правилах логики, получилось бы, что математика была всего лишь гигантской тавтологией, логической истиной в стиле А = А. С его точки зрения, логика напоминала машину по производству сосисок: на входе помещают свинью, а на выходе получается вполне упорядоченная связка. Но математика работает не как пианола. Математическое доказательство представляло собой творческий механизм: благодаря интуиции мы способны доказать бесконечное число силлогизмов за конечное число шагов (принцип индукции). Именно этот переход от конечного к бесконечному определяет, по мнению Пуанкаре, чудо математики. Интуиция — это молния, которая освещает математику путь посреди ночи и позволяет ему изобретать математику. Посредством интуиции именно человеческий разум создает математические объекты.

Искусство математики заключается в том, чтобы найти этот особый случай, содержащий в себе все истоки обобщенности.

Давид Гильберт

Брауэр перенял эту живописную философию математики Пуанкаре, с которым лично встретился в 1909 году. В противоположность платонизму и логицизму, утверждающим, что математические истины открываются сами, интуиционизм утверждает, что на самом деле они изобретаются (этот тезис сближает его с формализмом). Однако на вопрос, где находится математическая точность, интуиционизм Брауэра отвечает: «разум», а формализм Гильберта: «бумага».

У Брауэра и Гильберта, которые познакомились во время отпуска в 1909 году, имелись две конфликтные темы: прежде всего это природа математики — как свободная конструкция человеческого понимания или как аксиоматическая теория — и роль принципа исключенного третьего в математике. Нерв интуиционизма именно в отрицании этого логического принципа, отсылающего к Аристотелю и утверждающего, что дизъюнкция пропозиции и ее отрицание — это логическая истина, то есть она всегда истинна, в любой модели или вселенной толкования (Av ¬A). Другими словами, либо А истинно, либо истинно отрицание А, потому что любой третий вариант систематически исключен (именно поэтому говорят об «исключенном третьем»). Наряду с принципом непротиворечия (¬(A^¬A)) и принципом идентичности ((перевернутое A)x(x = х)) этот принцип образовывал три классических закона рассуждения.

Однако для Брауэра это необязательно было так. Поскольку мы не знаем, содержит ли десятичное продолжение числа 20 нулей подряд, пропозиция «десятичное продолжение числа содержит 20 нулей подряд» не является (и в этом ключ к интуиционизму) ни истинной, ни ложной. Ее истинность на сегодняшний день не может быть определена. Один единомышленник Брауэра утверждал, что принцип исключенного третьего для такого типа пропозиций может быть справедливым для Бога (Он знает всю бесконечную последовательность знаков после запятой такой, как она есть), но такое невозможно для человеческой логики. Совершив разворот на 180° по отношению к логистической догме, интуиционисты считали такую логику ответвлением математики, а не наоборот.

Этот образ мысли положил начало тому, что с тех пор известно как «интуиционистская логика», формализованная прилежным учеником Брауэра Арендом Гейтингом (1898— 1980). В классической логике двойное отрицание пропозиции равносильно пропозиции, то есть ¬¬А<->А. Но интуиционистская логика отрицает, что из двойного отрицания пропозиции можно вывести исходную пропозицию. Следовательно, ¬¬А->А не принимается. Этот интуиционистский пересмотр классической логики отвечает на вопрос: почему Брауэр отвергал рассуждения доведением до абсурда (к которым нередко прибегал Гильберт)? Доказательством ложности отрицания А не доказывалось, что А истинно, поскольку был оставлен принцип исключенного третьего.