Математика
Математические открытия; а также математические идеи, используемые в других областях деятельности
X
История развития математики по Моррису Клайну
«Попытаемся сначала проанализировать, как математика дошла до её нынешнего бедственного положения и к чему это привело.
Математики Древнего Египта и Вавилона, заложившие первые камни в фундамент своей науки, не имели ни малейшего представления о том, какое здание они возводят. Поэтому они не стали рыть глубокий котлован под фундамент, а начали закладывать его прямо на поверхности земли. В те давние времена земля казалась им достаточно прочным основанием, и материал, с которым они начали строительство, - факты о числах и геометрических фигурах - был взят из повседневного, земного опыта. Чисто земное происхождение математики нашло отражение в постоянно используемом нами термине «геометрия», что означает землемерие.
Однако когда здание математики начало расти, выяснилось, что всё сооружение достаточно шатко и что, надстраивая новые этажи, можно превратить в руины и то, что было создано раньше. Греки классического периода не только заметили грозящую опасность, но и произвели необходимую реконструкцию. С этой целью они приняли две меры. Во-первых, выбрали на поверхности земли узкие полосы прочного грунта, на которых, как им казалось, не страшно возводить стены. Такими опорными полосами стали самоочевидные истины о пространстве и о целых числах. Во-вторых, греки укрепили каркас здания стальной арматурой - роль «стали» здесь играло дедуктивное доказательство каждого нового факта.
Здание античной математики - структуры, состоящей в основном из евклидовой геометрии, - оказалось вполне устойчивым. Правда, в нём обнаружился один досадный дефект. Дело в том, что длины некоторых отрезков выражаются иррациональными числами: например, длина гипотенузы равнобедренного прямоугольного треугольника с единичными катетами равна иррациональному числу √ 2. Но греки признавали только обычные целые числа и их отношения; поэтому они не могли допустить существование таких величин, как √ 2. Греки решили возникшую проблему, попросту изгнав иррациональные числа: они отказались считать √ 2 «числом», а следовательно, отказались и от идеи сопоставлять любым длинам, площадям и объемам численные значения. Тем самым греки не внесли никаких дополнений в арифметику и алгебру целых чисел, которые можно было бы включить и в структуру геометрии. Правда, некоторые учёные александрийского периода (в первую очередь Архимед) производили арифметические действия над иррациональными числами, но эти результаты не были включены в канонический свод знаний, составляющих логическую структуру математики.
Индийцы и арабы возвели новые этажи здания математики, нимало не заботясь о его устойчивости. Прежде всего примерно в VI в. индийцы ввели отрицательные числа. Затем индийцы и арабы - менее привередливые, чем греки, - не только приняли иррациональные числа, но и разработали правила действии над ними. Европейцы эпохи Возрождения, унаследовавшие математику греков, индийцев и арабов, поначалу с недоверием отнеслись к этим чужеродным элементам. Но вскоре потребности естествознания возобладали над осторожностью - европейцы поступились заботами о логической обоснованности математики.
Расширяя математику чисел, индийцы, арабы, а позднее европейцы возводили этаж за этажом: так появились комплексные числа, новые разделы алгебры, дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, дифференциальная геометрия и т. д. Однако вместо «стали» древнегреческих мыслителей европейцы использовали «деревянные колонны и балки» - смесь интуитивных рассуждений и физических построений. Но деревянные опоры не выдержали нагрузки - в стенах величественного здания математики стали появляться трещины. К началу XIX в. здание математики снова оказалось в аварийном состоянии, и математики в спешном порядке принялись заменять дерево сталью.
Пока укрепляли верхние этажи, выяснилось, что в казавшемся столь твердом грунте (выбранных греками аксиомах), на котором покоилась вся постройка, имеются не замеченные ранее дыры. Создание неевклидовой геометрии показало, что аксиомы евклидовой геометрии не были, как считалось прежде, полосками прочного грунта, а лишь казались таковыми. Не могли служить прочной основой и аксиомы неевклидовой геометрии. То, что математики принимали за абсолютную реальность, уповая на способность своего разума познавать и безошибочно анализировать природу, на поверку оказалось ненадёжными данными чувственного опыта. Но беда никогда не приходит одна: создание новых алгебр заставило математиков осознать, что и казавшиеся столь надёжными свойства чисел имеют в действительности не более прочное основание, чем геометрия. Так над всем зданием математики - над геометрией и арифметикой с их продолжениями в алгебру и анализ - нависла смертельная угроза. Поднявшееся уже высоко здание могло в любой момент рухнуть или провалиться в трясину.
Чтобы спасти здание от разрушения, необходимы были экстренные меры - и математики приняли вызов. Они наконец поняли, что прочного грунта, на котором можно было бы возвести фундамент здания математики, не существует. То, что кажется прочным, в действительности обманчиво и зыбко. Но, быть может, здание математики удастся возвести на прочном основании иного рода? В качестве такого основания математики решили выбрать чётко сформулированные определения, полные перечни используемых аксиом и явное доказательство всех результатов, сколь бы очевидными они ни выглядели интуитивно. Кроме того, вместо поиска истины математики устремились теперь на поиск логической непротиворечивости. Доказываемые теоремы должны быть строго взаимосвязаны, придавая зданию математики желанную прочность. Движение за аксиоматизацию, развернувшееся в конце XIX в., позволило придать прочность зданию математики. Так, несмотря на то что математика как будто бы утратила опору в реальности, очередной кризис в истории математики удалось преодолеть.
К сожалению, цемент, скрепляющий фундамент нового здания, не затвердевал. Строители не могли гарантировать непротиворечивость, и, когда возникли противоречия в теории множеств, математики поняли, что над их творением нависла ещё более серьезная угроза. Разумеется, они не собирались безучастно наблюдать. как обращаются в прах плоды многовековых усилий. Непротиворечивость зависит от того, что положено в основу рассуждений. Следовательно, спасти положение может лишь полная перестройка оснований математики. Необходимо было укрепить сам фундамент реконструируемой математики - её логические и математические аксиомы, и строители решили копать ещё глубже. К сожалению, они так и не смогли прийти к единому мнению относительно того, где и как надлежит укреплять основания, и каждый, считая, что именно ему суждено обеспечить надлежащую прочность здания математики, приступал к перестройке так, как считал нужным. Построенную совместными усилиями здание не отличалось ни изяществом пропорций, ни особой устойчивостью. Оно расползалось во все стороны и было весьма шатким. Каждое крыло здания претендовало на роль единственно истинного храма математики, где хранятся жемчужины математической мысли».
Моррис Клайн, Математика. Утрата определённости, М., «Мир», 1984 г., с. 355-357.
Перечень из 23 кардинальных проблем математики по Давиду Гильберту
