Математика. Утрата определенности. - [71]

Наконец, нельзя не упомянуть и о том, что использование для обработки результатов научных исследований отрицательных и иррациональных чисел, а также алгебры приводило к превосходному согласию с результатами наблюдений и экспериментов. Какие бы сомнения ни испытывали математики, применяя отрицательные числа в естественнонаучных исследованиях, все сомнения следовало отбросить, как только окончательный результат оказывался физически правильным: ведь математики заботились главным образом о естественнонаучных приложениях — и все, что доказывало свою полезность на деле, принималось без особого разбора. Запросы естествознания ставились превыше логической обоснованности. Сомнения в правильности алгебры были просто-напросто отметены, подобно тому как ненасытные промышленники зачастую отметали этические принципы; математики стали применять новую алгебру с радостью и уверенностью в своей правоте. Впоследствии математики шаг за шагом превратили алгебру в независимую науку, охватывающую и числа, и геометрию и позволяющую «доказывать» новые результаты. Так, Валлис утверждал, что алгебраические методы ничуть не менее законны, чем геометрические.

К концу XVII в. математики осознали, что арифметика и алгебра независимы от геометрии. Почему же математики не предприняли попыток логически обосновать и то, и другое? Почему, имея перед собой высокий образец дедуктивного изложения геометрии, воплощенный в «Началах» Евклида, математики не попытались изложить аналогичным образом арифметику и алгебру? Ответ состоит в том, что геометрические понятия, аксиомы и теоремы интуитивно воспринимаются намного легче, чем понятия арифметики и алгебры. Наглядные образы, «картинки» (в случае геометрии — чертежи), облегчают математику понимание той или иной структуры. Понятия же иррационального, отрицательного или комплексного числа отличаются большей тонкостью, и даже «картинки», которые появились здесь позднее, не позволяют прочувствовать логическую организацию самих чисел или буквенных выражений, оперирующих с числами. Проблема поиска логического обоснования числовой системы и алгебры была трудной, гораздо более трудной, чем могли себе представить математики XVII в. В дальнейшем (гл. VIII) нам еще представится случай вернуться к этой проблеме. К счастью, в вопросах логического обоснования арифметики и алгебры математики оказались скорее легковерными и даже наивными, чем излишне педантичными, — к счастью, ибо формализации и логическому обоснованию должен предшествовать период созидания, не стесняемого никакими ограничениями, а величайший период созидания в математике уже приближался.

VI Нелогичное развитие: в трясине математического анализа

Начинать исследование можно по-разному. Все равно начало почти всегда оказывается весьма несовершенной, нередко безуспешной попыткой. Есть истины, как страны, наиболее удобный путь к которым становится известным лишь после того, как мы испробуем все пути.

Кому-то приходится, рискуя собой, сходить с проторенной дороги, чтобы указать другим правильный путь… На пути к истине мы почти всегда обречены совершать ошибки,

Дени Дидро

Математический анализ, ядро которого составляет дифференциальное и интегральное исчисление — самая тонкая область всей математики, — был построен на совсем не существующих логических основаниях арифметики и алгебры и на не вполне ясных основах евклидовой геометрии. Если вспомнить о замеченных нами недостатках в сравнительно простых разделах математики, то нетрудно представить себе, какого напряжения сил и способностей потребовало от математиков создание основной системы понятий и логической структуры дифференциального и интегрального исчисления. Именно так и обстояло дело в действительности.

В основе математического анализа лежит понятие функции. Не стремясь к особой строгости, функцию можно описать как зависимость между переменными. Поясним это на простом примере. Если, скажем, с крыши дома бросить мяч, то и расстояние, проходимое им в процессе падения, и время падения будут возрастать. Расстояние и время — переменные, а функция, связывающая расстояние и время (если пренебречь сопротивлением воздуха), определяется формулой d = 4,9t², где t — время падения (в секундах), а d — расстояние (в метрах), пройденное мячом за время t с момента падения.

Происхождение любой важной идеи всегда можно проследить, углубляясь в историю на десятилетия, если не на века. В полной мере это относится и к понятию функции. Тем не менее явный смысл понятие функций обрело лишь в XVII в. Мы не будем здесь вникать в подробности этого процесса. Для нас гораздо важнее другое: хотя понятие функции весьма «прямолинейно» и, казалось бы, не таит в себе никаких «подводных камней», но даже и простейшие функции охватывают все типы вещественных чисел. Так, в приведенном нами примере мы могли бы поинтересоваться значением d при t = √2. Точно так же можно было бы спросить, чему равно t, когда d равно, скажем, 50: при d = 50, как нетрудно видеть, t = √(50/4,9), т.е. принимает иррациональное значение. Но, как мы уже отмечали, в XVII в. понятие иррационального числа еще не получило должного истолкования. Следовательно, едва зародившейся теории функций явно недоставало логических обоснований, как не было их и у арифметики. Однако, поскольку к середине XVII в. математики привыкли свободно обращаться с иррациональными числами, на отсутствие таких обоснований никто не обращал внимания.