Математика. Утрата определенности. - [11]
Математика в широком смысле слова, понимаемая как всевозможное использование чисел и геометрических фигур, родилась за несколько тысячелетий до того, как ей занялись греки классического периода. Она включает в себя достижения многих исчезнувших цивилизаций, среди которых наиболее выдающуюся роль сыграли культуры древнего Египта и Вавилона. Но во всех древних цивилизациях, за исключением греческой, математика еще не сформировалась в отдельную науку, у нее не было своей особой методологии, и она не ставила перед собой иных целей, кроме решения самых непосредственных, практических задач. Математика была своего рода инструментом, набором разрозненных нехитрых правил, позволявших людям удовлетворять повседневные запросы: составлять календари, назначать сроки проведения сельскохозяйственных работ, вести торговлю. Открытые методом проб и ошибок, на основе опыта и наблюдений, многие из этих правил были верны лишь приближенно. О математике догреческих цивилизаций в лучшем случае можно сказать, что она в известной мере продемонстрировала мощь, если не строгость, мышления и проявила больше упорства, чем блеска. Математику такого рода принято называть эмпирической. Эмпирическая математика египтян и вавилонян стала прелюдией к тому, что создали греки.
Хотя греческая культура не была полностью свободной от внешних влияний (греческие мыслители, совершая путешествия в Египет и Вавилон, знакомились там с достижениями местной науки) и хотя математике в современном смысле этого слова (даже в столь благоприятной интеллектуальной атмосфере древней Греции) еще предстояло пройти период созревания, то, что создали греки, значительно отличалось от того, что они по крупицам собрали из опыта своих предшественников.
Провозгласив своей целью поиск математических истин, греки не могли опираться на грубые, эмпирические, ограниченные, несвязные и во многих случаях приблизительные результаты, накопленные до них главным образом египтянами и вавилонянами. Сама математика, основные факты о числах и фигурах, должна была стать сводом абсолютных истин — и математические рассуждения, направленные на постижение истин о физических явлениях, например о движениях небесных тел, должны были приводить к неоспоримым результатам. Высокие цели намечены, но как их достичь?
Первый принцип, которого неуклонно придерживались греки, состоял в том, что математика должна иметь дело с абстракциями. Для философов, творцов греческой математики, носителями истины могли быть лишь перманентные, неизменяемые сущности и отношения. К счастью, человеческий разум, работу которого стимулируют наши органы чувств, может подняться до более высоких концепций — идей, вечных реалий и истинных объектов мышления. Предпочтение, отдаваемое греками абстракции, имело под собой и другую причину. Чтобы обрести мощь, математика должна охватывать в едином абстрактном понятии существенные черты всех физических реализаций этого понятия. Так, математическая прямая должна отражать наиболее существенные особенности натянутых нитей, краев линеек, границ сельскохозяйственных угодий и траекторий лучей света. Математическая прямая не должна, следовательно, иметь толщину, цвет, молекулярную структуру или испытывать натяжение. Греки вполне отчетливо и явно утверждали, что их математика имеет дело с абстракциями. В «Государстве» Платон говорит о геометрах следующее:
Разве ты не знаешь, что, хотя они используют видимые формы и рассуждают о них, мыслят они не о самих формах, а об идеалах, с которыми не имеют сходства; не о фигурах, которые они чертят, а об абсолютном квадрате и абсолютном диаметре… и что в действительности геометры стремятся постичь то, что открыто лишь мысленному взору?
Итак, математика должна заниматься прежде всего изучением таких абстрактных понятий, как точка, прямая и целое число. Другие понятия, например треугольник, квадрат и окружность, можно определить через основные понятия, которые, как отметил Аристотель, должны оставаться неопределимыми, ибо в противном случае у нас не было бы отправной точки. О степени изощренности греческой математики можно судить хотя бы по тому, что определяемые там понятия должны были иметь аналоги в реальности либо по доказанному, либо по построению. Так, нельзя было ввести по определению трисектор угла и доказывать о нем теоремы: трисектор мог бы и не существовать. И так как грекам не удалось решить задачу о трисекции любого угла при тех ограничениях, которые они накладывали на геометрические построения, то они так и не ввели понятия трисектора.{7}
Свои рассуждения о математических понятиях греки начинали с аксиом — истин, столь очевидных, что в справедливости их невозможно усомниться. Такие истины грекам были известны. Платон обосновал принятие аксиом своей теорией воспоминаний — анамнезисом. Как уже упоминалось, Платон считал объективно существующим мир идей. До того как человек появляется на свет, его душа обретается в мире идей и впитывает впечатления. Побуждаемая к воспоминаниям, душа затем восстанавливает накопленные ранее впечатления, чтобы признать истинность аксиом геометрии. Никакой земной опыт ей для этого не требуется. Аристотель подошел к проблеме иначе. Истинность аксиом, утверждает он во «Второй аналитике» ([8] гл. 18), мы познаем посредством безошибочной интуиции. Кроме того, аксиомы необходимы нам как основа для рассуждений. Если бы в своих рассуждениях мы использовали факты, истинность которых неизвестна, то для установления их истинности потребовались бы новые рассуждения, и так до бесконечности. В результате мы бесконечно «спускались» бы в наших доказательствах — но нигде не могли бы остановиться. Среди аксиом Аристотель различал общие понятия и постулаты. Общие понятия истинны во всех областях мысли. К их числу относятся такие утверждения, как «Если от равного отнять равные [части], то остаются равные же [части]» ([8], с. 199). Постулаты применимы к такой специфической области, как геометрия. Таково, например, утверждение «Две [разные] точки определяют прямую и притом только одну». Аристотель считал, что постулаты не обязательно должны быть самоочевидными, но если они не очевидны, то их истинность надлежит подтверждать выводимыми из них следствиями. Математики же требовали самоочевидности постулатов.
Книга известного американского математика, популяризатора науки Мориса Клайна ярко и увлекательно рассказывает о роли математики в сложном многовековом процессе познания человеком окружающего мира, ее месте и значении в физических науках. Имя автора хорошо знакомо советским читателям: его книга «Математика. Утрата определенности» (М.: Мир, 1984) пользуется заслуженным успехом в нашей стране.Предназначена для читателей, интересующихся историей и методологией науки.
Произведения Э. Эбботта и Д. Бюргера едины по своей тематике. Авторы в увлекательной форме с неизменным юмором вводят читателя в русло важных геометрических идей, таких, как размерность, связность, кривизна, демонстрируя абстрактные объекты в различных «житейских» ситуациях. Книга дополнена научно-популярными статьями о четвертом измерении. Ее с интересом и пользой прочтут все любители занимательной математики.
Любую задачу можно решить разными способами, однако в учебниках чаще всего предлагают только один вариант решения. Настоящее умение заключается не в том, чтобы из раза в раз использовать стандартный метод, а в том, чтобы находить наиболее подходящий, пусть даже и необычный, способ решения.В этой книге рассказывается о десяти различных стратегиях решения задач. Каждая глава начинается с описания конкретной стратегии и того, как ее можно использовать в бытовых ситуациях, а затем приводятся примеры применения такой стратегии в математике.
Давид Гильберт намеревался привести математику из методологического хаоса, в который она погрузилась в конце XIX века, к порядку посредством аксиомы, обосновавшей ее непротиворечиво и полно. В итоге этот эпохальный проект провалился, но сама попытка навсегда изменила облик всей дисциплины. Чтобы избавить математику от противоречий, сделать ее «идеальной», Гильберт исследовал ее вдоль и поперек, даже углубился в физику, чтобы предоставить квантовой механике структуру, названную позже его именем, — гильбертово пространство.
Саймон Сингх рассказывает о самых интересных эпизодах мультсериала, в которых фигурируют важнейшие математические идеи – от числа π и бесконечности до происхождения чисел и самых сложных проблем, над которыми работают современные математики.Книга будет интересна поклонникам сериала «Симпсоны» и всем, кто увлекается математикой.На русском языке публикуется впервые.
На протяжении многих веков симметрия оставалась ключевым понятием для художников, архитекторов и музыкантов, однако в XX веке ее глубинный смысл оценили также физики и математики. Именно симметрия сегодня лежит в основе таких фундаментальных физических и космологических теорий, как теория относительности, квантовая механика и теория струн. Начиная с древнего Вавилона и заканчивая самыми передовыми рубежами современной науки Иэн Стюарт, британский математик с мировым именем, прослеживает пути изучения симметрии и открытия ее основополагающих законов.
Сколько имеется простых чисел, не превышающих 20? Их восемь: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17 и 19. А сколько простых чисел, не превышающих миллиона? Миллиарда? Существует ли общая формула, которая могла бы избавить нас от прямого пересчета? Догадка, выдвинутая по этому поводу немецким математиком Бернхардом Риманом в 1859 году, для многих поколений ученых стала навязчивой идеей: изящная, интуитивно понятная и при этом совершенно недоказуемая, она остается одной из величайших нерешенных задач в современной математике.