Хаим Шапира - Восемь этюдов о бесконечности. Математическое приключение

Первый конгресс состоялся в 1897 г. в Цюрихе. Второй прошел в 1900 г. в Париже; он известен тем, что именно на нем Давид Гильберт представил 23 открытые проблемы (первая проблема в этом списке касалась континуум-гипотезы, которую Кантор сформулировал еще в 1878 г.; мы вскоре поговорим о ней).

Но мы говорим о третьем конгрессе, который состоялся в 1904 г. в Гейдельберге. Кантор сидел в зале вместе со своими дочерьми. На сцену вышел венгерский математик Дьюла Кёниг, который заявил, что в теории Кантора содержатся фундаментальные ошибки. Кантора глубоко потрясло то унижение, которому он подвергся на глазах у коллег и собственных дочерей. На самом деле Кёниг пренебрег важнейшим правилом математики – точностью; уже на следующий день математик Эрнст Цермело {26} 26 Цермело также был автором важной шахматной теории, которую кое-кто считает первой теоремой в теории игр. Я рассказывал об этом в книге «Гладиаторы, пираты и игры на доверии» (Watkins, 2017). (Русское издание вышло в московском изд-ве «КоЛибри» в конце 2020 г. – Примеч. ред. ) , один из отцов – основателей теории множеств, доказал, что Кёниг был неправ и нес вздор. Но это ничуть не облегчило эмоционального состояния Кантора.

В 1913 г. Кантор оставил работу в университете; во время Первой мировой войны он жил в ужасающей бедности. Умер он в 1918 г. в санатории в Галле.

В начале XX в. еще существовали острые разногласия относительно значения теории Кантора и ее справедливости. Тем не менее в 1904 г. Кантор был награжден медалью Сильвестра, высшей наградой для математиков, которую присуждает Лондонское королевское общество. Она названа так в честь английского математика Джеймса Джозефа Сильвестра. По иронии судьбы предыдущим лауреатом этой награды был непримиримый соперник Кантора Анри Пуанкаре [40] Пуанкаре, получивший медаль Сильвестра в 1901 г., был, собственно, первым ее лауреатом. .

Математика – это музыка логики.

В число наиболее пылких поклонников Кантора входили Бертран Рассел (1872–1970) {27} 27 Рассел также был удостоен медали Сильвестра (в 1934 г.). Кроме того, в 1958 г. он получил Нобелевскую премию по литературе. Насколько мне известно, Рассел – единственный человек, получивший обе эти престижные награды. и Давид Гильберт, который назвал теорию множеств Кантора «величайшим произведением математического гения и человеческой мысли».

Никто не изгонит нас из того рая, который создал для нас Кантор.

Рай Кантора – это рай для дураков. Его теория смехотворна и совершенно бессмысленна.

Очевидно, даже величайшие философы иногда несут чушь.

Моя теория прочна как скала; любая стрела, выпущенная в нее, быстро вернется к своему лучнику. Почему я в этом уверен? Потому что я изучал ее со всех сторон на протяжении многих лет; потому что я исследовал все возражения, которые когда-либо выдвигались против бесконечных чисел; а прежде всего потому, что я проследил, так сказать, ее корни до исходной и несомненной первопричины всего сотворенного.

Сегодня значение теории множеств Кантора очевидно всем тем, кто имеет дело с высшей математикой. Современные варианты теории множеств, развившиеся в результате его первопроходческих исследований, служат теперь основой значительного числа математических теорий, разработанных в XX в.

Пора и нам познакомиться с теорией множеств Георга Фердинанда Людвига Филиппа Кантора.

В этом и следующих разделах мы попытаемся понять центральные идеи канторовой теории множеств. Начнем с самого фундаментального понятия – множества. Что такое «множество»?

Вот интуитивное определение, которое служило математикам на самой заре эпохи теории множеств:

Любой набор объектов.

Это определение кажется слишком общим. В нем даже нет требования, чтобы у объектов, составляющих множество, было нечто общее. Поэтому неудивительно, что со временем это определение породило немало проблем.

Как можно определить множество? Один из способов сводится к перечислению всех входящих в него объектов. Например, А = {Густав Малер, Густав Климт, Гюстав Эйфель, Густав Холст, Густаво Дудамель, Гюстав Доре, Густаво Бокколи, Гюстав Курбе, ураган «Густав», Густав V Шведский}. В этом множестве ровно десять элементов, и у всех этих элементов есть одно общее свойство – наличие слова «Густав» в той или иной форме.

Но общих черт может и не быть. Вот другой пример совершенно добропорядочного множества: B = {1729, a, 4, {4}, Пушкин, Пушкаш, $, множество}. Это попросту множество из восьми, по-видимому, случайных объектов, перечисленных выше.

Важно иметь возможность сказать, является или не является тот или иной объект элементом определенного множества. Шведский математик Магнус Густав Миттаг-Леффлер не входит в множество А, хотя в его имени и есть слово «Густав», потому что он не определен как элемент этого множества. А вот знак доллара входит в множество В, потому что он включен в список элементов этого множества.

Этот метод – то есть перечисление всех элементов – оказывается не слишком подходящим для определения, скажем, множества всех четных чисел. Поэтому при определении множества можно применять другой прием – использовать многоточие. Тогда мы сможем определить множество четных чисел: E = {2, 4, 6, 8…}. Однако «правило», обозначенное многоточием, не всегда бывает ясным и общепонятным. Посмотрите, например, на следующее множество: T = {1, 3, 6, 10, 15…}. Это множество треугольных чисел (дополнительную подсказку дает буква, выбранная для обозначения этого множества). Но это может быть очевидно не всем. Впрочем, даже те, кто не знаком с концепцией треугольных чисел, могут догадаться, как продолжить этот ряд.

Но так бывает не всегда. Вот еще один пример: F = {1, 3, 9, 33, 153…}. Какие значения должны стоять на месте многоточия? Вы догадались?

Вот ответ:

1! = 1;

1! + 2! = 3;

1! + 2! + 3! = 9;

1! + 2! + 3! + 4! = 33;

1! + 2! + 3! + 4! + 5! = 153.

Следовательно, следующее число будет

1! + 2! + 3! + 4! + 5! + 6! = 873

и так далее.

Множество также можно определить, задав общее свойство, определяющее его элементы. Например, «множество всех бывших и действующих игроков NBA», «множество всех атомов во Вселенной», «множество простых чисел», «множество счастливых людей», «множество всех четных чисел, которые невозможно представить в виде суммы двух простых чисел», «множество чисел, больших самих себя», «множество борцов сумо, которые весят более 250 килограммов», «множество всех фильмов, поставленных Андреем Тарковским», «множество всех стихотворений, написанных Арсением Тарковским» (поэт Арсений Тарковский был отцом великого русского кинорежиссера Андрея Тарковского) и так далее.