Эрнст Нагель - Teopeма Гёделя

Формализация — дело довольно-таки трудное и требующее немалой изобретательности; но она хорошо служит намеченной задаче. Формализация позволяет ясно видеть структуру системы и назначение отдельных ее элементов аналогично тому, как структура и работа отдельных узлов какой-нибудь машины легче уясняются на модели такой машины, чем при рассмотрении самой машины. Логические соотношения между отдельными предложениями становятся после формализации хорошо обозримыми; мы видим в ней структурные соотношения между различными «строчками» и «бессмысленными» символами, уясняем, каким образом они связаны друг с другом, правила их комбинации и взаимного следования и т. п.

До сих пор мы говорили, что «бессмысленные» значки такой формализованной математики ничего не утверждают — это пока просто некая абстрактная картинка, иллюстрирующая строение интересующей нас системы. Но, конечно, строение такой картинки — а тем самым и иллюстрируемой ею системы — мы можем описывать на обычном человеческом языке, делая определенные высказывания, относящиеся к ее общей конфигурации и соотношениям отдельных ее элементов.

Мы можем, например, отметить простоту или симметричность какой-нибудь «строчки», сходство ее с некоторой другой «строчкой» можем заметить, что одна «строчка» может быть представлена в виде сочленения трех других «строчек» и т. п. Такие высказывания, безусловно, осмыслены и, более того, могут выражать весьма существенную информацию о нашей формальной системе. Следует, однако, сразу же отметить, что все эти осмысленные высказывания о бессмысленной (или, что то же самое, — формализованной) математике никоим образом не принадлежат сами по себе этой математике. Они относятся к области, которую Гильберт назвал «метаматематикой», к языку, на котором говорят о математике. Метаматематические высказывания — это высказывания о символах, входящих в формализованную математическую систему (т. е. в исчисление), о видах символов, об их упорядочении внутри формальной системы, о способах составления из этих символов более длинных знакосочетаний («строчек»), которые естественно называть «формулами» системы, наконец, о соотношениях между формулами, в частности о том, какие формулы могут быть получены (по фиксированным нами правилам обращения с ними) в качестве «следствий» других формул.

Приведем несколько примеров, иллюстрирующих различие между математикой и метаматематикой. Скажем, выражение «2+3=5» принадлежит математике (арифметике) и строится исходя лишь из элементарных арифметических символов, в то время как высказывание «„2+3=5“ есть арифметическая формула» утверждает нечто об этом выражении. Оно само по себе не выражает никакого арифметического факта и не принадлежит формальному языку арифметики, а относится к метаматематике, характеризуя некоторую строчку, составленную из арифметических символов, как формулу.

Формулы

x = x,

0 = 0,

0 ≠ 0

принадлежат математике (арифметике); каждая из них составлена из одних только арифметических знаков. Высказывание же «„ x “ есть переменная» относится уже к метаматематике, поскольку оно характеризует некоторый арифметический символ, утверждая, что он принадлежит некоторому специальному классу символов (а именно, классу переменных). Принадлежит метаматематике и высказывание «формула „0 = 0“ выводима из формулы „ x = x “ посредством подстановки „0“ вместо переменной, x “», описывающее определенное отношение между некоторыми двумя формулами. Относится к метаматематике и утверждение «„0 ≠ 0“ не есть теорема», гласящее, что некоторая арифметическая формула не может быть выведена из аксиом арифметики. Метаматематике, конечно, принадлежит и высказывание «арифметика непротиворечива» (иными словами, из аксиом арифметики нельзя вывести двух взаимно противоречивых формул, например формул «0 = 0» и «0 ≠ 0»). Ясно, что это высказывание гласит нечто об арифметике, а именно, оно утверждает, что пары арифметических формул определенного вида не находятся в определенном отношении к формулам, составляющим систему аксиом арифметики.

Следует отметить, что все эти метаматематические высказывания не содержат никаких математических знаков и формул , а содержат лишь их имена . Различие между выражениями и именами выражений очень важно. Кстати, и в обычном разговорном языке никакое предложение не содержит объектов, о которых в нем говорится, — оно содержит лишь их имена. Скажем, когда мы говорим о каком-нибудь городе, то мы вставляем в предложение не сам город, а его имя (название). Точно так же, если мы хотим сказать что-нибудь о каком-либо слове (или вообще любом языковом выражении), то мы должны использовать в качестве члена предложения не само слово/выражение, а его имя. Обычно это делается при помощи кавычек. Наше изложение как раз и следует этому обычаю. Мы можем сказать, например, «Чикаго — большой город». Но фраза «Чикаго состоит из трек слогов» бессмысленна (безграмотна). Чтобы выразить последнее утверждение правильно, мы должны написать: «„Чикаго" состоит из трех слогов».

Точно так же неверно было бы написать:

« x = 5 есть уравнение».

Правильная запись такова:

«„ x = 5" есть уравнение».

Конечно, различие между теорией и метатеорией может относиться не только к математике — ведь это просто хорошо известное всем нам различие между каким-либо изучаемым нами предметом и разговорами об этом предмете. Например, высказывание «у птиц из рода плавунчиков яйца высиживают самцы» относится к предмету, изучаемому зоологами, и принадлежит зоологии; но если мы скажем, что утверждение относительно плавунчиков показывает, что в зоологии есть много загадочного, то это уже будет утверждение не о плавунчиках, а о предыдущем высказывании, и дисциплину, в которую входит такое суждение, следовало бы назвать метазоологией.

Точно таково же соотношение между математикой и метаматематикой: предмет первой составляют сами формальные системы, которые придумывают математики, предмет второй — описание таких формальных систем, выяснение и обсуждение их свойств.

Важность столь настоятельно подчеркиваемого нами различения математики и метаматематики трудно переоценить. Игнорирование или недооценка этого различения приводят к недоразумениям, а то и к прямым противоречиям. Осознание его важности позволило глубже уяснить логическую структуру математических методов рассуждения и четко регламентировать употребление различных формальных символов, превращая математику в чисто формальное исчисление, свободное от всяческих неявно подразумеваемых допущений и побочных смысловых ассоциаций. Только на базе таких новых представлений стало возможным дать точные определения математических операций и логических правил, которыми математики пользовались до тех пор без ясного понимания того, что же, собственно, они делают.