Том 22. Сон разума. Математическая логика и ее парадоксы

В дни проведения Кёнигсберской конференции в этом же городе находился и Давид Гильберт — он был приглашен на встречу общества немецких ученых, чтобы выступить с речью на тему «Логика и понимание природы». Эта речь прозвучала на следующий день после того, как Гёдель сделал свое заявление, и весьма вероятно, что он также находился среди ее слушателей. В своем выступлении Гильберт горячо провозгласил, что в математике не существует неразрешимых задач: «Не надо верить тем, кто сегодня с философической миной и тоном превосходства пророчит закат культуры, и впадать в ignorabimus[3]. Нет для нас, математиков, никакого ignorabimus, и, по моему убеждению, нет его и для естественных наук вообще.

Вместо дурацкого ignorabimus провозгласим наш контрлозунг: мы должны знать — мы будем знать!» Эхо выступления Гильберта еще не стихло, когда он узнал, что его программа находится под угрозой.

Теоремы о неполноте

До заявления Геделя программа Гильберта давала все основания рассчитывать на успех: ее первый этап, формализация математики, по всей видимости, был завершен Расселом и Уайтхедом в книге «Начала математики», а различные логики пытались доказать непротиворечивость классических формальных систем начиная с арифметики. Хотя еще во введении к своей докторской диссертации Гёдель предположил невозможность существования «истинных высказываний, которые нельзя вывести в рассматриваемой системе», он стремился не положить конец мечтам Гильберта, а доказать правильность его программы. Однако последние открытия того времени говорили об обратном: исследования Гаусса в области геометрии отрицали возможность создания идеально точной карты Земли; Эварист Галуа (1811–1832) доказал, что почти никакое алгебраическое уравнение нельзя решить простыми методами, а Вернер Гейзенберг (1901–1976) поставил новые задачи перед наукой, введя принцип неопределенности, согласно которому нельзя одновременно с точностью определить положение электронов и их скорость.

Теоремы Гёделя сделали очевидными все ограничения, присущие аксиоматическому методу: если в первой главе мы объясняли, что обязательными свойствами любой формальной системы являются непротиворечивость (полное отсутствие противоречий), рекурсивная перечислимость (возможность отделить аксиомы от прочих высказываний) и полнота (истинное и доказуемое полностью совпадают), то Гёдель показал, что арифметика не может обладать всеми тремя этими свойствами одновременно. Согласно его трудам, никакая рекурсивно перечислимая и непротиворечивая система аксиом арифметики не может быть полной, то есть всегда будут существовать какие-либо истинные свойства чисел, которые нельзя будет доказать исходя из аксиом арифметики. В этом и заключается суть теоремы Гёделя о неполноте, которую специалисты называют первой теоремой Геделя, так как, помимо нее, он доказал и вторую теорему, в которой утверждается, что высказывание «арифметика является непротиворечивой» являет собой пример неразрешимого высказывания. К таким же выводам по результатам конференции в Кёнигсберге пришел и фон Нейман.

Для доказательства первой теоремы о неполноте Гедель видоизменил парадокс лжеца, превратив его в неразрешимое высказывание, которое тем не менее не содержало противоречий. Очарование этой теоремы отчасти заключается в том, что она находится всего в одном шаге от парадоксов, но никогда не делает этот шаг. Мы уже рассказывали в главе 2 об антиномии Эпименида, которая в одной из формулировок звучит как «эта фраза ложна». И действительно, если это высказывание истинно, то оно само утверждает свою ложность, а если считать его ложным, то оно должно быть истинным. Что произойдет, если вместо истинных утверждений мы будем рассматривать доказуемые? Обозначим буквой G (по первой букве фамилии Геделя) высказывание «это высказывание недоказуемо» и будем предполагать, что используемая нами система аксиом является непротиворечивой. Если G ложно, то, так как G гласит «я недоказуемо», то G является доказуемым, однако в непротиворечивой системе никакое ложное высказывание не может быть доказуемым, так как это немедленно приведет к противоречию. Если С не является ложным, оно истинное, следовательно, имеем истинное высказывание, гласящее «я недоказуемо». Таким образом, мы предположили, что исходная система непротиворечива, однако обнаружили истинное, но недоказуемое высказывание. Иными словами, непротиворечивость подразумевает неполноту.

Мы предположили, что исходная система непротиворечива… Но какая система?