Восемь этюдов о бесконечности. Математическое приключение - [57]

Эти три теоремы настолько потрясли математический мир, что споры о их сути продолжаются и по сей день. Эта интереснейшая тема, несомненно, заслуживает отдельного рассмотрения.

На протяжении более чем полувека математики, работающие в области аксиоматической теории множеств, пытались найти «недостающую аксиому» (или аксиомы). Успеха никто из них не добился. Сейчас большинство специалистов в этой области считают, что никаких недостающих аксиом нет, и правильный подход к этому вопросу заключается в рассмотрении взаимосвязей между разными аксиомами. Можно, конечно, принять за аксиому саму континуум-гипотезу, но тут важно помнить, что аксиомы должны быть сформулированы так, чтобы в их справедливость было легко поверить, а в случае континуум-гипотезы это требование явно не выполняется.

В 2006 г. (за год до смерти) Пол Коэн прочитал интереснейшую лекцию о континуум-гипотезе на конференции в честь Гёделя, проходившей в Вене. Его лекцию (в шести частях) можно найти на YouTube по запросу: Paul Cohen part 1 of 6, Centennial, Vienna.

Тем временем в геометрии восстали из пепла некоторые интересные теории относительно невозможности обоснования пятого постулата при помощи евклидовой аксиоматической системы. В XIX в. были разработаны две другие геометрические системы, которые считаются неевклидовыми геометриями. Первая из них (гиперболическая геометрия[56]) предполагает, что через точку А, не лежащую на прямой m, можно провести более одной прямой, не пересекающей прямую m. Вторая (эллиптическая геометрия[57]) предполагает, что через точку А, не лежащую на прямой m, невозможно провести ни одну прямую, не пересекающую прямую m.

Подобно тому, как попытки обоснования пятого постулата в евклидовой геометрии привели к появлению в геометрии новых, неевклидовых теорий, обоснование континуум-гипотезы также дало толчок развитию неканторовой теории множеств, не предполагающей континуум-гипотезы. Честно говоря, неканторовых теорий существует много, потому что в последние годы математики, применяя предложенный Полом Коэном систематический метод «форсинга», доказали неразрешимость многих еще не решенных классических открытых проблем.

В прошлом можно было считать, что любое математическое утверждение может быть либо доказано, либо опровергнуто – если только над ним будут достаточно долго работать достаточно умные математики. Теоремы Гёделя доказали, что существуют утверждения не истинные и в то же время не ложные. Они, собственно говоря, неразрешимы.

Математику можно определить как область, в которой мы никогда не знаем, ни о чем мы говорим, ни истинно ли то, что мы говорим.

Бертран Рассел

Парадокс Ришара (о большинстве вещей нам сказать нечего)

Парадокс, о котором мы сейчас будем говорить, носит имя французского математика Жюля Ришара (1882–1956) и был опубликован в 1905 г. Ниже я даю словесное (а не формальное) описание этого парадокса.

Фраза «вещественное число, целая часть которого равна 42, а после запятой на нечетных местах стоят нули, а на четных местах – единицы» точно определяет число 42,0101010101… Аналогичным образом фраза «число, которое, будучи дважды умножено само на себя, дает число 7» точно определяет число³√7.

Ришар сказал: обозначим буквой Е множество всех вещественных чисел, которые можно определить с использованием конечного количества слов. Такое множество, несомненно, будет счетным (поскольку мы можем расположить числа в порядке возрастания количества слов в определениях, а если определения содержат равное количество слов – в лексикографическом (алфавитном) порядке). Затем, применив диагональный метод Кантора, он построил число, которого не было в исходном множестве чисел. Тем не менее это число также можно определить, используя конечное количество слов. Таким образом, это число не входит в состав множества, но должно быть его элементом.

Получился парадокс.

Один из способов разрешения этого парадокса – отметить, что свойство «число, которое невозможно определить с использованием конечного количества слов» не является свойством, которое можно определить на математическом языке. Чтобы развить эту идею, рассмотрим тот же парадокс с другой точки зрения. Представим себе, что в словаре содержится всего пять слов, например: «бор», «вор», «мор», «сор» и «тор». Более чем вероятно, что при наличии такого ограничения мы не смогли бы говорить ни на какую тему, требующую слов, не входящих в эту пятерку. Например, мы не смогли бы обсуждать континуум-гипотезу и уж тем более разговаривать о возможных противоречиях между разными физическими теориями.

Любая система символической логики (в том числе и математика) содержит набор формул. Слово «формула» используется здесь не в сравнительно узком математическом смысле. Его следует понимать гораздо более широко: под формулой мы можем понимать символ, слово, выражение, фразу, определение – все то, что мы используем для выражения идей. Поскольку между множеством формул и множеством натуральных чисел существует одно-однозначное соответствие, ясно, что мощность множества формул равна ℵ₀. Если это так, как можно обсуждать вещественные числа? Мощность их множества больше ℵ