Философия

Проблема абстракции в математике



                Министерство образования Российской федерации
                   Челябинский государственный университет
                              Кафедра философии

                                    С А M


                      Проблема абстракции в математике.

                                  Челябинск

                                    2001



                                 Содержание.


Введение.   3

1. Особенность математической абстракции.    6

2. Абстракция актуальной бесконечности. 11

3. Абстракция потенциальной бесконечности.   17

Заключение. 22

Список литературы.     24


Введение.

    При изучении математики, как и любой другой науки, исследователь прежде
всего сталкивается с вопросом о реальном содержании  ее  понятий  и  теорий.
Чтобы понять, что соответствует  математическому  знанию  в  реальном  мире,
или, иначе говоря, каков тот специфический объект, который служит  предметом
исследования  математики,  надо  понять,  какую   сторону   действительности
отображает математика, как совершается процесс абстрагирования в этой  науке
и чем он отличается от абстрагирования в  естествознании  и  других  опытных
науках.
    Что же такое абстракция?
    В  самом  широком  смысле   слова   абстракция   означает   возможность
рассмотрения предметов  и  процессов  с  какой-либо  одной  точки  зрения  и
отвлечения от других сторон, моментов  и обстоятельств.  В  окружающем  мире
все предметы и явления находятся в различных взаимосвязях и отношениях  друг
с другом. Одни из них имеют  существенный,  устойчивый  характер,  другие  –
несущественный, случайный. Чтобы понять сущность явлений объективного  мира,
законы, которые управляют ими, необходимо  отделить  существенные  связи  от
несущественных, отвлечься от второстепенных обстоятельств, в чем  и  состоит
процесс абстрагирования.
    Отвлечение тех или иных свойств вещей  и  наделение  вещей  свойствами,
которые  в  определенной  степени  огрубляют  их  природные  свойства,  дает
возможность лучше изучить эти свойства и  отношения,  а  через  них  и  сами
вещи. Так, например, замена реальных тел  в  механике  абсолютными  твердыми
телами, а в иных случаях даже материальными точками помогает глубже  изучить
процессы, связанные с механическим  движением.  Точно  так  же  рассмотрение
количественных   отношений   и   пространственных   форм   обособленно    от
качественной природы  предметов  является  весьма  плодотворным  приемом,  с
помощью  которого  математике  удается   глубоко   проникнуть   в   сущность
количественных и пространственных отношений действительности.
    В эмпирической теории абстракции, свойства, которые являются общими для
различных вещей, обнаруживаются в процессе  созерцания.  Они  имеют  опытный
эмпирический характер. Соответственно этому предикаты, которые их  выражают,
называются  эмпирическими.  Более  сложный  характер  носят  так  называемые
диспозиционные   предикаты,   в   которых   отображается   эмпирическое    в
определенных условиях его проявления. Такие свойства, как «быть  проводником
тока», «разлагаться на составные элементы» и т.  п.,  проявляются  лишь  при
наличии определенных условий. И в реальных ситуациях  обычно  такие  условия
точно  фиксируются.  По  существу  уже  свойства,   выражаемые   с   помощью
эмпирических предикатов, всегда предполагают наличие  определенных  условий.
Такое  свойство   тела,   как   теплопроводность,   проявляется   лишь   при
определенном взаимодействии с другими телами. Но  от  этого  в  повседневной
практике отвлекаются и рассматривают его изолированно, как свойство  данного
тела.  Наконец,  абстрактные  предикаты  отображают  более  существенные   и
глубокие свойства,  чем  диспозиционные  и  эмпирические.  Именно  с  такими
предикатами и имеет дело математика. Часто такой предикат рассматривают  как
некоторый самостоятельный объект. Чтобы отличить его от  реальных  объектов,
его называют абстрактным объектом. Понятно, что такие объекты  или  свойства
нельзя воспринимать чувственно, но  они  приписываются  вещам  на  основании
определенных теоретических допущений.
    В результате процесса абстракции возникают понятия, категории,  законы,
в  которых  как   раз   и   отображаются   существенные   стороны   реальной
действительности.  Являясь  отвлечениями  от  определенных  сторон  вещей  и
явлений, научные  абстракции  воспроизводят  действительность  в  обобщенном
виде. Ясно,  что  отражая  реальный  мир  абстракция  воспроизводит  его  не
непосредственно, а опосредованно чувственным познанием. Но на  этом  процесс
познания  не  заканчивается,  наоборот,  абстракции  служат  лишь   исходным
пунктом для  дальнейшего  процесса  восхождения  от  абстрактного  знания  к
конкретному.
    Рассмотрим   те   особенности,   которые   характерны   для    процесса
абстрагирования в математике.


1. Особенность математической абстракции.

    Специфика предмета математики  обусловливает  ряд  важных  особенностей
математической  абстракции.  Обратим  внимание  на  такие  ее   особенности,
которыми она отличается  прежде  всего  от  абстракции  в  естествознании  и
опытных науках вообще.
    Поскольку в математических понятиях  отображается  лишь  количественная
сторона предметов и процессов, постольку эти понятия  представляют  наиболее
односторонний  снимок  с  действительности.  Чтобы  выделить  количественные
отношения  и  пространственные  формы  в  «чистом»  виде,  математик  должен
применить абстракцию «наибольшей силы», так как он обязан отвлечься от  всех
качественных особенностей и специфических свойств предметов и  явлений.  Эта
особенность   математической   абстракции   осознавалась    уже    античными
философами. Один из универсальных умов той эпохи, Аристотель, так  описывает
подход математика к реальному миру: «...в отношении сущего  примером  служит
то  рассмотрение,  которому   математик   подвергает   объекты,   полученные
посредством отвлечения. Он производит это  рассмотрение,  сплошь  устранивши
все  чувственные  свойства,  например  тяжесть  и  легкость,   жесткость   и
противоположное,  далее  —  тепло  и  холод  и  все  остальные   чувственные
противоположности,  а  сохраняет  только  количественную  определенность   и
непрерывность...»[1,c.40].
    По сравнению с естествознанием  в  математике  процесс  абстрагирования
идет значительно дальше. В  известном  смысле  справедливо  утверждать,  что
там, где  естествоиспытатель  останавливается,  математическое  исследование
только начинается.  Лучше  всего  это  можно  проиллюстрировать  на  примере
геометрии. Хорошо известно, что пространственные свойства  материальных  тел
не  существуют  обособленно  от  самих   тел.   Они   всецело   определяются
внутренними   и   внешними   связями   тел,   но   для   лучшего   понимания
пространственных свойств исследователь  вынужден  временно  абстрагироваться
от всех их других свойств,  кроме  геометрических.  Понятие  геометрического
тела  представляет  крайне  односторонний  снимок  с  действительности.  Уже
понятие физического тела представляет абстракцию, так как здесь  отвлекаются
от всех нефизических свойств. В понятии же геометрического тела  отвлекаются
и от физических свойств и  сохраняют  лишь  его  пространственные  свойства.
Естественно  поэтому,  что  в  теоретической   физике   наряду   с   широким
применением математических понятий главное значение имеют специфические  для
этой науки физические понятия. В некоторых  разделах  механики,  например  в
кинематике,  физическая  абстракция  почти  приближается  к  математической,
поскольку  материальное  тело  в  известных  условиях  (малость  размеров  в
сравнении  с  расстоянием  между  телами)  отождествляется  с   материальной
точкой. Но уже в пределах кинематики  встречаются  с  такими  специфическими
физическими характеристиками тела, как его скорость, ускорение и т. п.
    Вторая важнейшая особенность математической абстракции состоит  в  том,
что   абстрагирование   здесь   чаще   всего   осуществляется   через    ряд
последовательных  ступеней  обобщения.  Поэтому  в  математике   преобладают
абстракции от абстракций. В простейшей форме  этот  процесс  встречался  при
выяснении происхождения понятия числа. Первоначально понятие  числа  еще  не
отделяется  от  сосчитываемых  совокупностей   и   поэтому   выступает   как
именованное число. Впоследствии оно освобождается  от  этой  конкретности  и
выступает как отвлеченное понятие.
    Эти две ступени  абстракции  мало  чем  отличаются  от  соответствующих
абстракций естествознания. Но в математике отвлечение идет дальше.  Если  на
втором этапе с понятием числа связывались еще конкретные отвлеченные  числа,
как,  например,  1,  2...  15  ...100  и  т.  д.,  то   на   третьем   этапе
абстрагируются также и от конкретного  значения  числа.  На  этой  основе  и
возникло понятие о любом возможном натуральном число, к которому пришли  еще
древние греки. Оперирование  с  таким  понятием  имело  чрезвычайно  большое
значение для математики, так  как  оно  давало  возможность  отвлекаться  от
конкретных чисел и  обеспечивало  возможность  доказывать  теоремы  в  общем
виде.
    Еще более отчетливо аналогичные этапы абстрагирования можно выделить  в
развитии такого фундаментального понятия  всей  математики,  каким  является
функция. К  самому  понятию  функциональной  зависимости  ученые  пришли  из
рассмотрения конкретных взаимосвязей между  различными  величинами,  которые
встречаются в самых разнообразных задачах естествознания и техники. По  сути
дела большинство  законов  точного  естествознания  выражает  функциональную
связь различных величин.
    В математике изучаются различные  виды  функций  (целые,  рациональные,
логарифмические,  тригонометрические  и  т.  д.).  Чтобы  иметь  возможность
рассуждать о любых функциях, исследователь должен  отвлечься  от  конкретных
особенностей  вышеперечисленных  и  других  функций  и  ввести   абстрактное
понятие функции  вообще.  Это  будет  уже  следующий  этап  абстрагирования.
Дальнейший этап связан с образованием понятия  функционала,  который  служит
естественным обобщением функции и содержит его как частный случай.
    Число  таких  примеров  можно  было  бы  легко  увеличить.   Достаточно
напомнить процесс обобщения таких понятий,  как  абстрактное  математическое
пространство, интеграл, группа и другие, чтобы убедиться в том, что  процесс
обобщения в математике,  как  правило,  проходит  ряд  ступеней  абстракции,
каждая  из  которых  сопровождается  расширением   объема   соответствующего
понятия.
    Во всей истории математики  можно  выделить  три  больших  исторических
этапа в развитии ее абстракций. На первом этапе, связанном с  возникновением
арифметики и геометрии,  отвлекаются  от  конкретной,  качественной  природы
объектов. На втором этапе, когда вводится буквенная символика  и  происходит
переход к алгебре, стали отвлекаться уже  от  конкретных  чисел  и  величин.
Наконец, на третьем этапе, связанном с переходом к  современной  математике,
стали отвлекаться  не  только  от  конкретной  природы  объектов,  но  и  от
конкретных зависимостей между ними. Так, например, под  операцией  умножения
теперь понимают не только умножение чисел, но и  векторов,  множеств  каких-
либо объектов («пересечение» множеств) и даже предложений (в  математической
логике). Таким образом,  переменными  здесь  становятся  не  только  объекты
исследования, но и сами операции над ними.
    Третья особенность математической  абстракции  состоит  в  значительном
использовании так называемых  идеальных  объектов.  Уже  «точка»,  «прямая»,
«плоскость» Евклидовой геометрии представляют  идеальные  объекты,  так  как
образуются посредством идеализации. Если же идеализацию  понимать  несколько
шире, а именно как процесс образования таких понятий, которые  или  выражают
свойства реальных объектов в искаженном виде, или приписывают  им  свойства,
отсутствующие у них, тогда можно будет с  известным  основанием  утверждать,
что  непосредственным  объектом  исследования  математики  являются   именно
абстрактные, или идеальные,  математические  объекты.  Разумеется,  что  эти
объекты не плод чистой фантазии. Они, как и вся математика в  целом,  служат
для познания  действительности.  Но  математика  оперирует  ими  именно  как
идеальными объектами.
    По  существу  такими   же   идеальными   объектами   являются   понятия
математической бесконечности потенциальной  и  актуальной.  При  образовании
этих понятий приходится прибегать к  различным  абстракциям  осуществимости.
Использование  различных  абстракций  осуществимости  составляет   четвертую
важную особенность математического  познания.  В  частности  эти  абстракции
осуществимости  ведут  к  разным  понятиям  бесконечности,  которые  в  свою
очередь   порождают   различные   философские   направления,    такие    как
интуиционизм, конструктивизм и т. д., о чем подробнее будет сказано ниже.
    Пятая важная  особенность,  непосредственно  связанная  с  предыдущими,
состоит в том, что многие системы  абстракций  в  математике,  возникнув  на
базе опыта и  практики  или  даже  в  процессе  чисто  логического  развития
теории,  не  требуют  в  дальнейшем  обращения  к  опыту.  Действительно,  в
математике повсюду оперируют одними  лишь  абстракциями,  т.  е.  обращаемся
прежде всего к логике, а по к эксперименту, как  это  часто  имеет  место  в
естествознании.

2. Абстракция актуальной бесконечности.

    Сущность абстракции актуальной бесконечности состоит  в  отвлечении  от
незавершенности   и   незавершимости   процесса   образования   бесконечного
множества, от  невозможности  задать  такое  множество  посредством  полного
перечисления его элементов. Согласно абстракции актуальной бесконечности,  в
бесконечном  множестве  можно  выделить  (индивидуализировать)  каждый   его
элемент.  Но  на  самом  деле  зафиксировать  и   описать   каждый   элемент
бесконечного  множества  принципиально  невозможно.  Абстракция   актуальной
бесконечности и представляет собой отвлечение  от  этой  невозможности,  что
позволяет рассматривать, например, отрезок прямой как бесконечное  множество
точек, каждую из которых можно индивидуализировать,  обозначив  ее  каким-то
действительным числом.
    Понятие  актуальной  бесконечности   возникает   с   помощью   процесса
идеализации. В  данном  случае  идеализация  дает  возможность  применять  к
бесконечным множествам  простой  и  хорошо  изученный  аппарат  классической
логики.  Этот  аппарат  возник  и  вполне  оправдал  себя  при  исследовании
конечных  множеств.  Идеализированный  характер   актуальной   бесконечности
состоит в  том,  что  о  бесконечном  множестве  рассуждают  по  аналогии  с
конечными  множествами.  Кроме  того,  здесь  абстрагируются  от  конкретных
способов построения элементов бесконечного множества и даже  допускают,  что
все  его  элементы  существуют  одновременно,  а  не  возникают  в  процессе
построения.
    Поскольку  актуальная  бесконечность  представляет  собой   чрезвычайно
сильную абстракцию, то с пониманием ее связан целый ряд  трудностей.  Прежде
всего  интуиция  восстает  против   представления   бесконечности   и   виде
завершенного процесса. Завершенность бесконечности  нередко  понимается  как
ее уничтожение. Так, например, натуральный ряд  чисел  обычно  мыслится  как
неограниченно продолженный, и интуиции нелегко свыкнуться  с  представлением
о законченности этого ряда.
    Еще Аристотель возражал против использования и науке понятия актуальной
бесконечности, ссылаясь на то, что известен способ счета только на  конечных
множествах.  Он  указывал,  что  конечное   число   разрушается   актуальной
бесконечностью.
    Разбирая возражения, Кантор указывает, что и с бесконечными множествами
можно  производить  некоторые  действия  счета,  если  определенным  образом
упорядочить их. Разница будет состоять только в том, что если  для  конечных
множеств порядок элементов не влияет па результат счета, то для  бесконечных
множеств он зависит от способа их упорядочения. Часто  отмечали  также,  что
актуальную  бесконечность  нельзя  целиком  объять  в  мысли,  так  как  она
предполагает сосчитанным бесконечное множество. Возражая против  этого,  еще
Б. Больцано заметил: чтобы вообразить целое, нет необходимости  представлять
отдельно его части.
    Понятие актуальной бесконечности  приводит  к  чрезвычайно  неожиданным
следствиям, например, утверждение,  что  для  бесконечных  множеств  аксиома
«часть меньше целого»  теряет  свою  силу.  Действительно,  еще  в  XVII  в.
Галилей  заметил,  что  квадраты  целых  положительных  чисел   могут   быть
поставлены  во  взаимноднозначное  соответствие  с   самими   положительными
числами, и следовательно, эти множества эквивалентны.
    Все эквивалентные  множества  обладают  определенным  общим  свойством,
которое можно выделить с помощью абстракции отождествления. Это  свойство  в
математике принято называть мощностью множества. В случае конечных  множеств
она совпадает с количеством элементов. В  случае  же  бесконечных  множеств,
указывает  Кантор,  нельзя  говорить  о   каком-либо   точном   определенном
количестве  их  элементов,  но  зато  им   можно   приписать   определенную,
совершенно не зависящую от их порядка мощность.
    Воспользовавшись  понятием  мощности,  можно   определить   бесконечное
множество как множество, равномощное с какой-либо  своей  частью,  или,  как
говорят   математики,   собственным   подмножеством.   Например,   множество
натуральных  чисел  будет  равномощно  с  множеством  квадратов  натуральных
чисел, или с множеством всех четных чисел, или с множеством  чисел,  кратных
3, 5, 7, или вообще нечетных чисел и  т.  д.  И  множество  квадратов  целых
чисел, и множество четных чисел так же,  как  и  нечетных,  составляют  лишь
часть множества натуральных чисел, но тем не менее они  эквивалентны  целому
множеству. Обычно  такого  рода  примеры  вызывают  недоумение  у  тех,  кто
впервые приступает к изучению теории множеств.  Кажется  невозможным,  чтобы
часть множества  была  эквивалентна  целому.  На  этой  основе  и  возникает
критическое отношение к актуальной бесконечности.
    На первый взгляд может показаться, что все  существующие  бесконечности
имеют только одну мощность.  Множества  и  натуральных,  и  рациональных,  и
алгебраических чисел являются  счетными  множествами.  Прибавление  к  таким
множествам любого  числа  конечных,  или  счетных,  множеств  дает  в  итоге
счетное множество.  Даже  умножение  на  счетное  множество  не  выводит  за
пределы счетных множеств.
    Однако если сравнить мощность натурального ряда чисел с мощностью  всех
действительных  чисел  или  множеством  всех  точек   отрезка   прямой,   то
обнаружится, что они неравномощны. И множество всех действительных чисел,  и
множество точек  отрезка  имеют  мощность  большую,  чем  мощность  счетного
множества.  Поэтому  действительные  числа,  как  и  точки  отрезка,  нельзя
«пересчитать»   с   помощью   натуральных    чисел.    Мощность    множества
действительных чисел, или точек отрезка, или  любой  геометрической  фигуры,
содержащей  по  крайней  мере  одну  линию,   принято   называть   мощностью
континуума. Кантору не удалось обнаружить множеств,  мощность  которых  была
бы промежуточной между мощностью счетного множества  и  континуума.  Поэтому
он  высказывал  предположение,  что  континуум  непосредственно  следует  за
мощностью счетного множества.  Решение  этой  знаменитой  континуум-гипотезы
долгое время не поддавалось  никаким  усилиям,  и  в  свое  время  она  была
названа Гильбертом одной из важнейших нерешенных проблем математики. В  30-с
годы  К.  Гёдель   установил,   что   континуум-гипотеза   не   может   быть
опровергнута, исходя из аксиом  теории  множеств.  П.  Коэн,  развивая  идеи
Гёделя, доказал, что континуум-гипотеза независима от других  аксиом  теории
множеств. Иными словами, исходя из указанных аксиом, она не  может  быть  ни
доказана, ни опровергнута.
    Таким образом, добавление к аксиомам  теории  множеств  как  континуум-
гипотезу, так и  противоположное  ей  утверждение,  никогда  не  приведет  к
логическому противоречию. Выходит,  что  могут  существовать  разные  теории
множеств, в одних из которых континуум-гипотеза выполняется, в  других  нет.
В этом открытии Коэна нетрудно обнаружить аналогию с открытием  неевклидовой
геометрии,  когда  стало  ясно,  что  аксиома  параллельных  независима   от
остальных аксиом абсолютной геометрии.
    Благодаря трудам Кантора и его последователей понятия и  методы  теории
множеств  заняли  прочное  место  в   математике.   Теория   множеств   дает
возможность анализировать с единой точки зрения  все  математические  науки:
ведь элементами множеств могут быть всевозможные математические объекты —  и
числа,  и  фигуры,  и  функции  и  т.  п.  Такая   общность   избавляет   от
необходимости  доказывать,  теоремы   для   частных   видов   математических
объектов. Все эти доказательства можно проводить теперь в общем виде.
    Предельная общность  и  широта  применения  понятии  и  методов  теории
множеств не только для развития фактического  содержания  математики,  по  и
для обоснования ее на новом фундаменте со временем привели  к  господству  в
математике теоретико-множественных идей.
    В 1902 г. Б. Рассел обнаружил парадокс, который непосредственно  связан
с канторовским определением понятия множества. Это определенно не  запрещает
рассматривать в качестве  элементов  множеств  некоторые  другие  множества.
Назовем такие множества  необычными  или  лучше  множествами  второго  рода.
Примерами  таких  множеств  могут  служить  множество  множеств,   каталогов
библиотеки,  множество  множеств  списков  или  вообще   любое   абстрактное
множество множеств. К множествам первого рода, или  обычным,  относятся  то,
которые но содержат в качестве своих  элементов  множества.  Так,  множество
звезд будет именно таким множеством.
    Если теперь задать вопрос, к какому роду относится множество  всех  тех
множеств, которые не содержат себя в качестве элемента,  то  на  него  можно
дать два взаимоисключающих ответа.
    Если  допустить,  что  указанное  множество  (в  дальнейшем  называемое
расселовским) относится к необычным,  то  оно,  будучи  элементом  множества
всех множеств, которые не содержат  себя  в  качестве  своего  элемента,  не
должно принадлежать к необычным множествам. Следовательно,  предположение  о
принадлежности расселовского множества к необычным множествам ведет к  прямо
противоположному результату: это множество  должно  принадлежать  к  обычным
множествам.  Исходя  из  полученного  результата,  легко   обнаружить,   что
расселовское множество должно содержать себя в качестве элемента, т. е.  оно
должно  принадлежать  к  необычным  множествам.  Выходит,  что  относительно
множества всех множеств, не  содержащих  себя  и  качестве  элемента,  можно
доказать дна прямо противоположных утверждения. Возникает парадокс.
    Какой же вывод был  сделан  из  первых  парадоксов?  Какие  способы  их
устранения были предложены математиками? Многие математики, ознакомившись  с
парадоксами, в первое время  просто  их  игнорировали,  утверждая,  что  они
представляют  собой  крайне  искусственные  построения.   Поскольку   ни   в
математическом анализе, ни в геометрии такие парадоксы не  были  обнаружены,
то не слодует-де особенно беспокоиться о парадоксах,  которые  возникают  на
окраинах теории множеств. Ясно, однако,  что  такой  подход  нельзя  считать
удовлетворительным, ибо нет уверенности,  что  эти  парадоксы  не  могут  не
возникнуть  в  анализе  и  геометрии,  если  они  строятся   на   теоретико-
множественной основе.
    Наиболее  радикально  решение  было  предложено  интуиционистами.   Они
подвергли  критике  идею  актуальной  бесконечности  и  основанную  на   ней
канторовскую теорию  множеств.  Понятия  «все»  и  «существует»,  но  мнению
основоположника  интуиционизма  Брауэра,  нельзя  применять  к   бесконечным
множествам.  Любое  утверждение  о  существовании  в  бесконечном  множестве
элемента  с  определенными  свойствами  состоит  в  действительном  указании
такого  элемента.  Но  очевидно,   что   нельзя   перебрать   все   элементы
бесконечного множества. Именно в связи с этим интуиционисты отказываются  от
актуальной  бесконечности  и  возвращаются  к  бесконечности   становящейся,
потенциальной.

3. Абстракция потенциальной бесконечности.

    Против допустимости идеи актуальной бесконечности в математике, а также
тех логических средств, которые связаны с этой идеей  (в  частности,  закона
исключенного  третьего),  резко  выступили  представители  интуиционистского
направления в обосновании математики (Л. Брауэр,  Г.  Вейль),  возникшего  в
первое  десятилетие  прошлого  века.   Принципиально   исключая   применение
абстракции актуальной бесконечности, интуиционисты считают  допустимым  лишь
понятие, потенциальной бесконечности.
    Так, Брауэр утверждал,  что  о  существовании  математических  объектов
можно говорить  лишь  только  в  том  случае,  если  принципиально  возможно
осуществить их вычисление или построение. Реализуя эту  идею,  они  пытались
построить  основания  математики,  исходя  из   некоей   присущей   человеку
праинтуиции, порождающей натуральный ряд чисел и из него —  всю  математику.
И хотя в действительности  возможность  построения  тех  или  иных  объектов
всегда  ограничена   определенными   условиями   (наличие   соответствующего
материала, времени, пространства и т. п.), в теории можно отвлечься от  этих
ограничений.   Надо   заметить,   что   в   основе   понятия   потенциальной
бесконечности лежит гипотеза потенциальной осуществимости.
    Эта гипотеза допускает построение не  только  таких  объектов,  которые
можно  осуществить  практически  (хотя  бы  в  принципе),  но   и   объектов
потенциально  осуществимых,  т.  е.  осуществимых  при  предположении,   что
исследователь обладает для этого соответствующими возможностями.  Ясно,  что
такое  предположение   представляет   собой   абстракцию:   оно   огрубляет,
схематизирует   действительное   положение   вещей,    поскольку    реальная
возможность построения объектов всегда ограничена определенными рамками.
    Можно ввести понятие потенциальной  бесконечности  как  неограниченного
процесса построения математических объектов,  который  не  имеет  последнего
шага. Действительно, гипотеза потенциальной  осуществимости  допускает,  что
после n шага всегда возможен  n+1  шаг.  А  это  означает,  что  в  принципе
допустимо   существование   безграничного   процесса,   или    потенциальной
бесконечности. Элементы такой бесконечности не существуют одновременно,  они
последовательно   возникают   в   процессе   построения.   Именно   так    и
воспринимается  натуральный  ряд  чисел   как   ряд,   начинающийся   с   1,
последовательно переходящий к числам 2, 3,  4...  и  не  имеющий  последнего
члена.  Требуется  немалое  усилие,  чтобы  представить  этот  ряд  в   виде
закопченного множества чисел. Это показывает, что  сама  идея  потенциальной
бесконечности   интуитивно   значительно   яснее,   чем   идея    актуальной
бесконечности. Поэтому логично предположить, что именно  идея  потенциальной
бесконечности первоначально возникла в математике.
    В  античной  науке  формулировку  понятия  потенциальной  бесконечности
встречается впервые у Анаксагора (VI в. до н.  э.).  Рассматривая  вопрос  о
делимости тел, он писал: «В  малом  не  существует  наименьшего,  но  всегда
имеется еще меньшее. Ибо то, что существует,  не  может  исчезнуть,  как  бы
далеки ни были продолжено  деление»[1,  c.128-129].  Процесс  деления  здесь
анализируется в абстрактной форме, так как при этом отвлекаются,  во-пepвыx,
от  качественных   особенностей   процесса,   когда   чисто   количественное
уменьшение тела приводит к новым  качественным  элементам  (молекула,  атом,
«элементарные»   частицы);   во-вторых,   от    практических    возможностей
осуществления процесса, т.  е.  бесконечная  делимость  рассматривается  как
потенциально осуществимый процесс. Такой  абстрактный  подход  к  вопросу  о
делимости материи встретил серьезные возражения со  стороны  древнегреческих
атомистов.  Допуская  неограниченную  делимость  тел,  указывали   атомисты,
исследователь тем самым предполагает возможность дойти в  этом  процессе  до
точек, поскольку «в малом не существует наименьшего».  Следовательно,  любую
часть тела можно делить дальше и в конечном итоге дойти до точек.  Но  тогда
тела но останется: оно должно  было  бы  состоять  из  точек,  что  очевидно
нелепо.
    Следует  еще   раз   подчеркнуть,   что   потенциальная   бесконечность
представляет  собой  значительную  идеализацию   действительных   процессов.
Поэтому нельзя требовать, чтобы эта бесконечность  существовала  в  реальном
мире именно с теми  свойствами,  которые  ей  приписывает  математика.  Ведь
никто не ищет в природе точек, прямых и  плоскостей  и  том  виде,  как  они
существуют в геометрии.  Между  тем  известный  американский  специалист  по
математической логике X. Карри, основываясь на том, что «в  нашем  окружении
нет  ничего,  соответствующего   идее   бесконечности»,   делает   вывод   о
несостоятельности «реалистической точки зрения на математику».
    Гильберт справедливо критикует неверное представление о  неограниченной
делимости тел, при которой всякая  сколь  угодно  малая  их  часть  обладает
свойствами  первоначального  тела.  В  известной  статье  «О   бесконечном»,
опираясь на теорию атомного строения материи и открытие квантов энергии,  он
делает вывод, что «однородный континуум, который  должен  был  бы  допускать
неограниченное деление и  тем  самым  реализовать  бесконечное  в  малом,  в
действительности нигде не встречается»[1].
    Бесконечная   делимость   континуума   представляет   собой   операцию,
существующую   лишь   в   мышлении.   Естественно   поэтому,   что   понятие
потенциальной бесконечности, которое допускает такую возможность,  не  может
претендовать на адекватное описание физического  процесса  деления  материи.
При  таком  процессе  объект  не  только  количественно  уменьшается,  но  и
качественно изменяется. В  современном  естествознании  мельчайшей  частицей
вещества принято считать молекулу. Деление молекул дает  новые  качественные
образования — атомы, которые существенно отличаются от  молекул.  Разложение
атома дает различные элементарные частицы,  также  качественно  отличающиеся
от атомов. Все это показывает, что процесс деления материи всегда  связан  с
качественными ее изменениями. Понятие же потенциальной бесконечности, как  и
любое  другое  математическое  понятие,   отвлекается,   абстрагируется   от
качественных особенностей явлений и процессов, рассматривает их в  «чистом»,
идеализированном виде. Вполне понятно  поэтому,  что  такое  бесконечное  не
может существовать в природе.
    Однако,  отрицая  объективный  характер  математической  бесконечности,
приписывая  ей  роль  априорной  идеи  в  духе  Канта,  он  делает   уступку
идеализму. Впрочем, более внимательный анализ показывает, что для  Гильберта
бесконечность, как и  любое  другое  идеальное  высказывание  математической
теории, представляет прежде всего форму всеобщности.  Одна  из  плодотворных
идей его теории доказательства состоит в том,  чтобы  свести  математику  «к
совокупности формул, во-первых, такиx, которым  соответсвуют  содержательные
сообщения конечных высказываний, т.  е.  по  существу  числовых  равенств  и
неравенств, и, во-вторых, других  формул,  которые  сами  по  себе  никакого
значения не имеют и которые являются идеальными образами нашей теории».
    Эти  идеальные  образы  и  представляют  обобщения  конечных,   частных
высказываний. Подобно тому как обращение с  формулами  становится  возможным
благодаря наличию частных высказываний, «оперирование  с  бесконечным  может
стать  надежным  только  через  конечное».   Согласно   финитной   установке
Гильберта, в теории доказательства, или метатеории, которая  имеет  объектом
исследования формальные системы, утверждения должны быть интуитивно  ясными,
а  выводы   должны   убеждать.   Поскольку   актуальная   бесконечность   не
удовлетворяет этим требованиям, она не попользуется в метатеории.
    Идея бесконечности допустима как основа  разумного  мышления,  если  не
забывать ее связь с конечными процессами и объектами.
    Конструктивное   направление   в   математике   также   не    допускает
использование  абстракции  актуальной  бесконечности,  но   в   отличие   от
интуиционизма (Л. Брауэра, Г. Вейля), представители  этого  направления  (А.
А. Марков, Н. Л. Шанин и др.) опираются на строгое математическое понятие  —
понятие алгоритма. Математический объект признается  ими  существующим  лишь
постольку, поскольку имеется возможность построения его в рамках  абстракции
потенциальной осуществимости, т.  е.  если  построение  объекта  осуществимо
либо практически, либо потенциально.

Заключение.

    История  развития  науки   показывает,   что   теоретическое   познание
начинается  с  возникновения  отдельных  абстракций,  затем  происходит   их
объединение, или синтез, в рамках научных систем и теорий.
    По   мере   углубления   знаний   о   количественных    отношениях    и
пространственных формах  действительного  мира  возрастает  и  абстрактность
самой  математики  и   соответственно   этому   все   более   отдаленной   и
опосредованной становится связь ее отдельных понятий с действительностью.
    Математика,  как  и  всякая  другая  наука,   представляет   собой   не
конгломерат  различных  понятий,  суждений  и  законов,  а  единую,  цельную
систему научных знаний,  в  которой  одни  понятия  и  суждения  зависят  от
других. Пожалуй, ни в  одной  другой  науке  эти  связи  и  отношения  между
понятиями, суждениями и даже отдельными теориями нельзя выявить так четко  и
определенно, как в математике.
    Подобно тому как вопрос об отношении мышления к бытию является основным
для  философии,  вопрос  об  отношении  математического  знания  к  реальной
действительности является основным философским вопросом  для  математики.  И
одно  из  главных  мест  в  понимании  отношения  математических  теорий   к
реальности занимает понятие абстракции. Ведь именно на ней,  в  определенном
смысле, строятся все математические теории и выводы.
    И подобно же тому как решение вопроса отношения математического  знания
к  реальной  действительности  определяет  два  направления   в   философии:
материализм, рассматривающий понятия математики как  отражение  определенных
свойств и отношений внешнего мира, и идеализм, считающий  эти  понятия  либо
чистыми созданиями мысли,  либо  условными  соглашениями,  либо  доопытными,
априорными идеями, словом, для идеалистов  математические  понятия  –  нечто
первичное, а материальный мир  –  вторичное.  Так  и  различные  взгляды  на
абстракции различных идей, например, бесконечности, осуществимости и т.  д.,
порождают различные школы философии.


Список литературы.

 1] Рузавин Г.И. О природе математического знания. (Очерки  по  методологии
    математики). М., 1968, 302 с.
 2] Киселева Н.А. Математика и действительность. М., 1967.
 3] Лукьянец В.С. Философские  основания  математического  познания.  Киев,
    1980.
 4] Яновская С.А. Методологические проблемы математики. М., 1972, 280 с.
 5] Рузавин Г.И. Философские проблемы оснований математики. М., 1983, 302с.


смотреть на рефераты похожие на "Проблема абстракции в математике"