Лев Бобров - По следам сенсаций

Этого не знал Зенон. Ньютон тоже. Но это со всей непреложностью доказал Георг Кантор — человек, впервые отважившийся объять необъятное, сосчитать неисчислимое, измерить неизмеримое. Он проник с числом и мерой в таинственный и странный мир, над входом в который красуется кабалистический символ бесконечности — oo, и который исстари вселял в души человеческие мистический хоррор инфинити — ужас перед бесконечным.

Беспрецедентное арифметическое беззаконие потрясло математиков. Но это было ещё только началом. Теория множеств Кантора оказалась чреватой куда более серьёзными парадоксами.

На рубеже XIX и XX столетий выяснилось, что логические рассуждения, которыми оперировал Кантор, ведут к неразрешимым противоречиям. Первый нокаут канторовские построения получили от итальянского учёного Бурали-Форти, сформулировавшего парадокс наибольшего порядкового числа. Однако настоящей сенсацией оказалась знаменитая антиномия Рассела, опубликованная в 1903 году и получившая широкую известность под названием «парадокса брадобрея».

Солдату приказали стать полковым цирюльником. Приказ строжайше предписывал брить тех и только тех, кто не бреется сам. За невыполнение — смертная казнь. Солдат исправно нёс нехитрую службу парикмахера ровно один день. На следующее утро, проведя ладонью по подбородку, он взялся за лезвие и кисточку, чтобы придать своим щекам былой глянец, но… вовремя спохватился. Начни он скоблить собственную щетину, быть ему в числе тех, кто бреется сам. И тогда он в соответствии с грозным распоряжением начальства не должен себя брить. Если же он откажется себя брить, то станет одним из тех, кто сам не бреется и кого как раз он-то и обязан брить! Как же поступить бедняге брадобрею?!

Разумеется, перед нами шутливое иносказание настоящего парадокса. На самом деле формулировка его более строга.

Существуют множества, которые могут содержать сами себя в качестве элемента. Назовём их необыкновенными. Вчитайтесь, к примеру, в такое определение: «Множество А включает в себя все множества, которые можно определить предложением, содержащим меньше двадцати слов». Только что приведённая фраза содержит всего 15 слов. Значит, само множество А тоже является элементом множества А! Разумеется, перед нами курьёзное исключение. Большинство совокупностей обыкновении — не содержат себя в качестве элемента. Давайте пока ограничимся только такими пай-множествами, которые вроде бы не сулят никакого подвоха. И рассмотрим множество всех обыкновенных множеств. Обозначим его буквой М. Предлагается ответить: само М — обыкновенное или необыкновенное? Бесспорно, оно должно быть либо тем, либо другим — третьего не дано. Допустим, что М — обыкновенное множество. Тогда оно должно содержать себя в качестве, элемента: ведь М, по определению, множество всех до единого обыкновенных множеств. — Но если оно включает самое себя, значит, перед нами необыкновенное множество! Ладно, пусть будет таковым. Стоп… Что же получилось: необыкновенное М входит в множество всех обыкновенных множеств? Но ведь мы же договорились вообще не иметь дела с необыкновенными множествами! М, по определению, не имеет права входить в множество всех и одних только обыкновенных множеств! А уж если оно угодило туда, пусть изволит стать обыкновенным. Остаётся одно: объявить множество М обыкновенным и… начать сызнова «сказку про белого бычка». Как видно, в отличие от своего севильского коллеги из бессмертной трилогии Бомарше Фигаро лорда Рассела занялся интригами на более высоком уровне — в области логики и математики.

Парадоксы теории множеств заставили математику ревизовать свои логические устои.

Как известно, ахиллесовой пятой канторовской теории множеств был её неконструктивный характер. Кантору ставили в упрёк, что он прибегал к доказательству от противного. Он обосновывал истинность фундаментальнейших выводов своей теории не прямо, а косвенно — демонстрируя абсурдность противоположного утверждения. До поры до времени это казалось убедительным. В самом деле, если одно из двух взаимоисключающих предложений ложно, то другое обязательно должно быть истинным. По крайней мере так гласил закон исключённого третьего. Приём редукцио ад абсурдум (приведение к нелепости) широко практиковался в математике со времён Евклида. Но ведь у Рассела в его парадоксе с брадобреем та же логическая процедура, проверенная тысячелетиями, дала осечку! Так почему же, спрашивается, она не могла подвести и Кантора? Неужто и впрямь… «движенья нет»? Во всяком случае, в логике опровергателей Зенона, апеллировавших к построениям Кантора…

Но, быть может, противоречия были порождены чересчур вольной трактовкой понятия «множество»? А если более строго сформулировать требования к смыслу каждого термина, к каждой логической процедуре? И даже попытаться, если удастся, построить «конструктивную» логику, где не будет закона исключённого третьего и доказательств от противного?

Теорема Гёделя легла в основу целого направления в математике и логике. Сама математическая теория, непротиворечивость которой пытаются обосновать, стала предметом изучения особой «надматематической» науки, названной метаматематикой, или теорией доказательств. Какова природа истины? На каких посылках зиждется сам фундамент математики? Какой смысл имеют математические предложения: аксиомы, леммы, теоремы? Какую логическую структуру должны иметь доказательства? Так попытки разрешить парадоксы столкнулись с более широкой проблемой обоснования математики и логики.

Загляните в книгу С. К. Клини «Введение в метаматематику». Поначалу она наверняка отпугнёт вас умопомрачительной абракадаброй символов, а потом… Потом, глядишь, и притянет — скорей всего удивительным лаконизмом, элегантной строгостью, а если разобраться, то и простотой своеобычного языка знаков. Языка, которым описываются самые замысловатые умозаключения. В том числе и комичные логические нелепицы наподобие той, что возникла в эпизоде с «сеньором губернатором» Санчо Пансой. Странное, парадоксальное сочетание, не правда ли? Полнокровная проза Сервантеса и анемичные иероглифы математической «стенографии» — ведь это на первый взгляд две вещи столь же несовместные, как гений и злодейство! Ну как втиснуть живую человеческую речь, да не просто речь, а рассуждения, в прокрустово ложе математических формул?

«Когда я, будучи мальчиком, знакомился с предложениями обычной логики и мне ещё была незнакома математика, у меня возникла, не знаю, по какому наитию, мысль о том, что можно изобрести такой анализ понятий, с помощью которого истины можно будет комбинировать и высчитывать как числа».