Чтение онлайн

Потрясающее открытие пифагорейцев, что не все числа рациональны (то есть выражение a/b, где a, b – целые числа), знаменует основной поворотный момент в развитии дедуктивного умозаключения. Это оказалось началом возникновения математических теорий непрерывности и бесконечности. Это также послужило поводом для появления значительно иной эпистемологии и пересмотра некоторых старых теорий познания; а в направлении современной науки теория греков о непрерывности подготовила путь к пониманию движения. Эта эпохальная веха в развитии математической и философской мысли столь значительна, что кое-что из ее истории может быть интересным.

После открытия, что квадратный корень из двух не является рациональным числом, греческие геометры доказали подобное для многих других квадратных корней. Во времена Платона существование иррациональных чисел (как мы сейчас сформулировали бы) занимало философов, которые только от случая к случаю интересовались математикой. В диалоге Платона «Теэтет» Сократ пытается добиться от Теэтета объяснения понятия «знание».

«– Наберитесь храбрости и смело скажите, что вы считаете знанием:

Набравшись храбрости, Теэтет отвечает.

– Думаю, что науки, которые я изучаю у Феодора [Киренского, славившегося в 380 году до н. э.], – геометрия и те, что вы сейчас упомянули, и есть знание. Я бы еще прибавил мастерство сапожника и других ремесленников. Все это – знание».

Понятно, что Теэтет не поскупился и включил слишком много в свой перечень, дабы угодить столь непреклонному экзаменатору, как Сократ, и философ вынуждает свою жертву признать, что тот так и не сумел сформулировать, что такое «знание» как отвлеченное понятие, и затем пытается вытянуть из него, что такое глина. Сократ, видимо, мучительно пытается заставить Теэтета уловить и понять, что универсальная глина – не эта глина и не та глина, а глина как Вечная идея, Форма, в которой простые конкретные глины изготовителей кирпичей и очагов, гончары и другие ремесленники в некотором смысле «участвуют». Сократа не интересует ни одна из них. Он ищет нечто универсальное, абстракцию, идею, и Теэтет довольно оптимистично решает, будто постиг суть. В ответ на вежливую просьбу Сократа он делится с ним:

– Феодор выписал нам кое-что относительно [квадратных] корней, таких как 3 или 5, показывая, как в линейном измерении (то есть согласно сторонам квадратов) они несоизмеримы с единицей. [В нашей терминологии квадратные корни из 3 и 5 – иррациональные числа.] Он выбрал числа, которые являются корнями вплоть до 17, но дальше он не пошел. Поскольку имеются неисчислимые корни, мы задумали объединить их всех под одним названием.

Теэтет рассказывает Сократу, что они нашли желаемую классификацию, но признает, что не способен дать Сократу столь же удовлетворительный ответ по поводу знания, таким образом подтверждая постулат Платона (повторяемый в различных формах повсюду в его трудах), что философия является более основательной и сложной наукой в сравнении с математикой.

Кстати, в этом рассказе Теэтета нет ничего, что подтверждало бы вывод некоторых историков математики, будто Феодор Киренский первым доказал, что квадратный корень из 2 является иррациональным числом. Полугеометрическое доказательство Евклида (III век до н. э.) дается в книге 10, суждении 27 его «Элементов». Хотя и менее понятное, нежели современное строго арифметическое доказательство, исторически оно более значимо. Оно иллюстрирует радикальное преобразование греческой математической мысли как следствие появления иррациональных чисел. Евклид формулирует теорему: «Сторона квадрата и его диагональ не имеют никакой общей меры». «Мера» здесь самое важное слово. Если диагональ квадрата, длина стороны которого равна единице, не измерима числом (имеется в виду рациональным числом), то чем же она «измеряется»? Греческие геометры назвали это измерение «величиной» и построили теорию «измерения» величин, в которых вместо обращения за поддержкой к знакомым натуральным числам они призвали на помощь пространственную интуицию. В отличие от декларации Пифагора, что «пространство является числом», новое кредо могло бы утверждать, что «число есть пространство».

Как было упомянуто раньше, геометрия должна отталкиваться от некоторых, не поддающихся анализу, но общепринятых исходных концепций, таких как «точка» и «линия». Хотя греческий геометр и пытался объяснить, что он подразумевает под «величиной», создавать геометрию он начал как раз с примитивных исходных понятий. Он принял без доказательства, хотя и не слишком детально, что величины «одного и того же вида», например длины линий, или площади плоских фигур, или объемы твердых тел, ограниченных плоскостями, могут сравниваться с точки зрения равенства или неравенства. Таким образом, имело смысл отмечать, что одна величина больше, равна или меньше другой величины того же самого вида. Величина, содержащаяся целое число раз в другой «величине», называлась «мерой» той другой. Например, если измеряемые величины являются долями прямых линий, или, кратко, линий, линия А – мера линии В, если А можно уложить некоторое точное число раз на линию B. Если А – мера и В и C, А считается «общей мерой» для В и C. Если две величины имеют одну общую меру, они имеют любое требуемое конечное число общих мер, все из которых производные из первого. Так, например, линии длиной 10 и 12 футов имеют общую меру длиной 2 фута, и любая доля линии длиной 2 фута также является общей мерой. Но сторона и диагональ квадрата не имеют никакой общей меры. Греческие геометры говорили, что диагональ является «несоизмеримой» со стороной. Любые величины называются «несоизмеримыми», если они не имеют общей меры. Известная пара – диаметр и длина окружности круга.

Греческое решение проблемы измерения опиралось на стержневое определение «пропорции», приписываемое Евдоксу. В «Элементах» Евклида это знаменитое определение приводится пятым в пятой книге. Мы процитируем его в классическом варианте, чтобы иллюстрировать раннее свидетельство, как смутные предположения проникают незамеченными в математику, несмотря на предельную осторожность и желание не допустить этого. Сначала мы обращаем внимание, что «многократная» величина – вполне признанная и законная концепция: если «множитель» натуральное число m, m-кратное величины A получается, если отмерить число A m раз на линии достаточной длины. Если линия недостаточно длинна, ее можно увеличить – удлинить, пока ее длина не станет достаточной. Греческие геометры заметили необходимость включения (в качестве постулата) возможности удлинения линии до любой конечной длины и сделали это. Немного удивляет, что они упустили бесконечно большую нужду в объяснении понятия «то же самое отношение». «Первая из четырех величин считается имеющей «то же самое отношение» ко второй, что и третья к четвертой, когда берутся любые множители первой и третьей величины, и любые множители второй или четвертой величины, то кратная величина третьей величины больше, равна или меньше, чем кратная величина четвертой, соответственно, как и кратная величина первой больше, равна или меньше кратной величины второй величины». Это объясняет значение словосочетания «то же самое отношение» или «пропорционально», из чего появляется «пропорция» как простое вербальное определение. «Если первая из четырех величин имеет то же самое отношение ко второй, что и третья к четвертой, все четыре величины называются пропорциональными, или членами пропорции».

Такой была формулировка, по которой многие поколения школьников пытались воспринять элементарную геометрию до тех пор, пока «Элементы» Евклида в качестве школьных учебников не были отвергнуты. Для нашей цели нет необходимости переводить определение во вразумительную и легко воспринимаемую форму в символике, общепринятой сегодня. Но, даже не воспринимая смысла, а просто перечитывая это определение, как какое-нибудь упражнение по чтению, легко заметить, что за словами в дважды повторяемой фразе «любые числа, имеющие общие множители» прячется грандиозное предположение. «Числа с общими множителями» двух величин означает «одинаково кратные», например три или восемь раз взятая каждая из величин. Чтобы установить, находятся ли четыре величины в пропорции («любые» из определения), требуется проверить все пары чисел с общими множителями. Когда таких пар бесконечность, такая проверка выше человеческих сил. Но разве это возражение существенно? Не для тех, кто способен вообразить себя выполняющими бесконечное количество умножений и сравнений результатов, как то требуется по определению. Какая крайность более рациональна – вопрос спорный, если только не должно оказаться, что один или другой не вступает в противоречие своим преимуществом. Но определение обнаруживает, что в попытке избежать ловушек «числа» и обращаясь к геометрически (или визуально) интуитивной концепции «величины» мы теряем себя в той же самой бесконечности, как и прежде.

Теория измерения и сравнения величин была способна (с некоторым преувеличением) предоставить рациональный счет непрерывного движения. Но, как часто случалось, греческий гений испытывал антипатию ко всему переменному и динамичному, предпочитая увековечить себя в четко отличающихся объектах, каждый из которых стоит особняком от других в своей конечной завершенности и совершенстве. В их геометрии эта склонность к статичности в противоположность динамике произвела множество специальных теорем без единого намека на общий принцип, объединяющий значительное число в их единстве и целостности. Современная геометрия лишь пассивно интересуется частными теоремами. Что она ищет и находит? Всестороннее обобщение, из которого любое заданное или требуемое число частных теорем может быть получено однородными способами. Различие между античным подходом и современным как-то сравнили с разницей между попыткой зубилом по кусочку раздробить гранитную глыбу и той же самой попыткой, но уже с заложенным динамитом. Другое обычное сравнение уподобляет греческую математику Парфенону, а современную математику готическому собору. Древний храм – символ конца всего, что он представляет, собор же – символ неограниченной бесконечности.

Справедливо ли это сравнение, или оно основано лишь не более чем на воображении, но греческие математики остановились, не доходя до рационального описания движения, для которого их теория измерения была вполне достаточна. Преодолев основную трудность, создав работоспособную теорию соизмеримых и несоизмеримых величин, греки застопорились, столкнувшись с парадоксом, который могли бы, проигнорировав, обойти. Возможно не вполне осознавая, что несла в себе их теория, они фактически создали (или открыли) континуум (совокупность) «реальных чисел», в особенности представленный несчетно-бесконечным множеством всех точек на линии. Но потому что все их неприятности с иррациональными числами шли от попытки пифагорейцев распространить рациональные числа на линии, создатели континуума намеренно воздержались от применения «чисел» в «величинах». Линии сравнивали по равенству или неравенству, но общего арифметического определения «длины», применимой ко всем линиям, тщательно избегали. Пока не пришло время заменить несколько туманное понятие «величин» на обобщенный и точный эквивалент, выраженный числами, практичная теория движения едва ли была выполнима.

Прежде чем мы бросим взгляд на парадокс, который остановил греков на самом пороге современной математики, стоит посмотреть, как Платон попытался унифицировать все числа. Пифагорейцы произвели все натуральные числа от единицы, или Монады, через мистический союз Нечетного и Четного, или, что было нумерологически эквивалентно, брак Конечного с Бесконечным. С открытием иррациональности пифагорейские категории нечетного и четного, конечного и бесконечного были уже недостаточны для конкретизации понятий «числа» и «пространства». Вместо дискретной сущности числа, подобной горстке гальки, число стало по существу континуумом, непрерывностью, подобно атмосфере, передаваемой чувствами. В этом неотделимом и неисчислимом целом натуральные числа и все другие рациональные числа были рассеяны реже, чем звезды в полуночной тьме. Желая цельной замены совершенной простоты «все сущее есть число» Пифагора, Платон искал расширенное определение числа, которое вместило бы в себя и рациональные и иррациональные числа и которое, кроме того, вмещало бы в себя их как числа, независимо от пространственной интуиции, как в «величинах» математиков.