В более новой (1995 г.) статье Булоса [BOO] были предприняты значительные усилия по спасению большей части оригинальной программы Фреге, изложенной в двухтомнике [FRE2]. У нас был почти век, чтобы поразмышлять над парадоксом Расселла, мы понимаем, что он учит нас тому, что нельзя позволять множествам быть слишком большими. Множество S, описанное в парадоксе Расселла, непозволительно велико. В строгом построении теории множеств существуют очень специфические правила, которые определяют, какие множества можно рассматривать, а какие нельзя. В частности, современная теория множеств не разрешает рассматривать множества, которые являются элементом себя. В детали мы не будем здесь углубляться.
Теория множеств имеет дело с наборами объектов. Такой набор называется множеством, а объекты, которые в него входят, — элементами этого множества. Разумеется, математика имеет дело с множествами различных размеров и видов. Бывают множества точек, множества чисел, множества треугольников и многих других вещей. Особый интерес представляют очень большие множества — множества, в которых бесконечно много элементов.
Оказалось, что парадокс Расселла — только верхушка айсберга. Никто и не догадывался, чему через тридцать лет научит нас Курт Гёдель (1906–1978).
Говоря неформально, Гёдель показал нам, что в любой достаточно сложной логической системе (т. е. сложной по крайней мере как арифметика) найдется разумное верное утверждение, которое нельзя доказать, исходя из самой этой системы[32]. В этом состоит теорема Гёделя о неполноте. Она появилась как неразорвавшаяся бомба и полностью изменила наше представление о том, чем мы занимаемся[33]. Надо подчеркнуть, что утверждение, к которому пришел Гёдель, нельзя назвать совсем недоказуемым. Если оставить специфическую логическую систему и вместо этого перейти к более широкой и мощной, то можно предложить доказательство утверждения Гёделя.
То, что он сделал, — невероятно мощно и элегантно. Он нашел способ сопоставить натуральное число (т. е. положительное целое число) каждому утверждению заданной логической системы. Это число носит название числа Гёделя. Оказывается, в логической системе утверждения о натуральных числах — на самом деле утверждения о самих утверждениях. Поэтому Гёдель смог сформулировать утверждение U внутри логической системы, а это просто утверждение о натуральных числах, которое означает, что «U гласит, что U недоказуемо». Это представляет собой проблему. Ведь если U ложно, то его можно доказать (а этого не может быть, ведь тогда U было бы истинным). А если U истинно, то его нельзя доказать. Мы пришли к истинному утверждению, которое нельзя доказать, исходя только из самой системы. Увлекательное и доступное обсуждение идей Гёделя можно найти в книгах [SMU1], [SMU2].
Точно так же квантовая механика учит нас, что природа не вполне детерминистическая — мы не можем знать о физической системе все, даже если нам доступен полный список всех ее начальных условий — так же Гёдель учит нас, что в математике всегда будут утверждения, которые «недоказуемы» или «неразрешимы».
Идеи Гёделя пошатнули фундамент математики. Они оказали глубокое влияние на аналитическую базу нашей науки, на наши ожидания от нее. Имеются также серьезные последствия для теоретических компьютерных наук именно потому, что компьютерные специалисты хотят знать, куда приведет данный язык программирования (они, конечно же, являются системой рассуждения), и что он может дать.
Хорошая новость в том, что следствия из теоремы Гёделя о неполноте редко возникают в повседневной математике. «Утверждение Гёделя» больше комбинаторное, чем аналитическое.
Мы не встречаем такие утверждения в анализе. Но иногда они могут возникать в алгебре, теории чисел и дискретной математике[34]. В теории чисел существовали очень желательные результаты, которые многие пытались установить, но которые оказались неразрешимыми (яркий пример — решение десятой проблемы Гильберта). И конечно же, идеи Гёделя играют важную роль в математической логике.
1.12 Публикация и распространение математики
Пять столетий тому назад ученые часто соблюдали секретность. Они стремились сохранить свои результаты и научные открытия для себя. Даже если другой коллега запрашивал какие-то определенные данные или интересовался определенной идеей, эти ученые уклонялись от ответа. Почему серьезные исследователи поступали подобным образом?
32
Гёдель пошел даже дальше и показал, что невозможно доказать совместность самой арифметики. Арифметика — самая фундаментальная и широко принятая часть оснований математики. Понимание того, что мы никогда не сможем быть уверены, что она не приводит к противоречию, действительно обескураживает.
33
На самом деле утверждение Гёделя было порождено той самой логической системой, в которой мы работаем.
34
Следует сказать, однако, что последнее десятилетие отмечено взаимообогащающим сотрудничеством анализа и комбинаторики. Все сказанное может скоро устареть.