Апология математики (сборник статей)

Быть может, положение с натуральным рядом в настоящее время имеет смысл сравнить с положением евклидовой геометрии в XVIII в., когда она была единственной геометрической теорией, а потому считалась некой абсолютной истиной, одинаково обязательной и для математиков, и для физиков. Считалось само собой понятным, что физическое пространство должно идеально точно подчиняться евклидовой геометрии (а чему же ещё?). Подобно этому мы считаем сейчас, что пересчёт как угодно больших материальных совокупностей, измерение как угодно больших расстояний в физическом пространстве и т. п. должны подчиняться существующим схемам натурального ряда и числовой прямой (а чему же ещё?).

Разница лишь в том, что на первый вопрос в скобках дало ответ развитие науки в XIX–XX вв. (неевклидова геометрия, а позже теория относительности), а на второй, как мне кажется, ответ предстоит ещё дать.

Я хорошо понимаю, что те соображения на эту тему, которые меня давно занимают, ориентировочны и бездоказательны, но всё же в порядке постановки вопроса решаюсь их высказать.

Процесс реального счёта физических предметов в достаточно простых случаях доводится до конца, приводит к однозначно определённому итогу (число присутствующих в зале, например). Именно эту ситуацию берёт за основу теория натурального ряда и в идеализированном виде распространяет её «до бесконечности». Грубо говоря, совокупности большие предполагаются в каком-то смысле столь же доступными пересчёту, как и малые, и со столь же однозначным итогом, хотя бы реально этот пересчёт и был неосуществим. В этом смысле наше представление о натуральном ряде похоже на зрительное восприятие панорамы, скажем панорамы какого-либо исторического сражения. На первом плане на реальной земле расположены реальные предметы: разбитые пушки, расщеплённые деревья и т. п.; затем всё это незаметно переходит в раскрашенный холст с точным расчётом на обман даже очень внимательного глаза.

В рамках математической теории подобная идеализация процесса счёта, разумеется, вполне законна. Но ввиду единственности теории эта точка зрения автоматически навязывается и физике; однако здесь вопрос поворачивается по-другому. В самом деле, пусть мы хотим узнать, сколько молекул газа заключено в данном сосуде. Должны ли мы искать ответ в виде совершенно точно определённого целого числа? Оставим в стороне вопрос о ненужности такой «точности» для физики, не будем останавливаться и на фактической трудности задачи. Гораздо более важной для нас является её принципиальная неосуществимость: молекулы газа взаимодействуют со стенками сосуда, испытывают различные превращения и т. п., а потому наша задача просто не имеет определённого смысла. Физик вполне удовлетворяется – в этом и в аналогичных случаях – достаточно хорошим приближённым ответом. Из этого примитивного примера можно усмотреть некоторый намёк. А именно: можно думать, что математик предлагает физику не совсем то, что тому нужно. Духу физики более соответствовала бы математическая теория целого числа, в которой числа, когда они становятся очень большими, приобретали бы в каком-то смысле «размытый вид», а не являлись строго определёнными членами натурального ряда, как мы это себе представляем. Существующая теория, так сказать, переуточнена: добавление единицы меняет число – а что меняет для физика добавление одной молекулы в сосуд с газом? Если мы согласимся принять эти соображения хотя бы за отдалённый намёк на возможность математической теории нового типа, то в ней прежде всего пришлось бы отказаться от идеи, что любой член натурального ряда получается последовательным насчитыванием единиц – идеи, которая буквально, конечно, не формулируется в существующей теории, но косвенно провоцируется принципом математической индукции. Вероятно, для «очень больших» чисел присчитывание единицы вообще не должно их менять (возражение, что, присчитывая единицы, можно «присчитать» и любое число, не котируется в силу только что сказанного выше).

Разумеется, числа этой гипотетической теории были бы объектами другой природы, чем числа натурального ряда. Можно предполагать, что почти совпадение имело бы место лишь для начальных отрезков существующего и гипотетического натуральных рядов, а по мере удаления по ним различие их структуры должно возрастать; в гипотетическом натуральном ряде началось бы нечто вроде «принципиального сбивания со счёта», и он (ряд), всё более «размываясь», приобретал бы в каком-то смысле черты непрерывной структуры числовой прямой. Можно догадываться даже, что математическая индукция при этом приняла бы своеобразные черты – промежуточные между индукцией обычной и, например, интегрированием дифференциального уравнения у' = f(x, у) (здесь как бы вместо перехода п → п + 1 мы применяем переход х → х + dх).