Книга: Сейчас. Физика времени

Шок от Гёделя

Шок от Гёделя

Гёдель доказал математическую теорему, глубоко ранившую не только математиков и физиков, но также философов и специалистов по логике. Эта теорема не упоминается в книге Салливана от 1933 года – вероятно, потому что на тот момент она была еще новой и мало кто ее понимал. Или, может быть, мало кто в нее верил. А из тех, кто поверил, многие надеялись, что ее еще удастся опровергнуть либо обойти. Или, возможно, Салливан не считал математику наукой: в Европе ее часто рассматривают как своего рода свободное искусство, наряду с музыкой и философией. Прошло время, и теперь теорема Гёделя считается и захватывающе интересной, и необычайно важной; многие считают ее величайшим математическим достижением XX столетия.

Теорему Гёделя можно сформулировать обманчиво просто: все математические теории неполны. По существу это означает, что в любой придуманной вами математической системе будут присутствовать истины, доказать которые невозможно – мало того, их невозможно даже обозначить как истины.

Гёдель не доказал, что математика как таковая неполна; он доказал лишь, что любой набор определений, аксиом и теорем обязательно неполон. К примеру, существуют теоремы, которые невозможно доказать с использованием действительных чисел, – к примеру, возможность того, что число ?e иррационально. (Здесь ? – это отношение длины окружности к ее диаметру, а e – основание натурального логарифма.) Тем не менее если расширить числовую систему так, чтобы она включала также и мнимые числа, не исключено, что появится возможность доказать эту теорему. (На самом деле мы не знаем, иррационально число ?e или нет; я привожу это утверждение только для того, чтобы проиллюстрировать результат Гёделя.) Но как только вы расширите свою математику, обязательно окажется, что есть еще одна теорема, которая верна, но недоказуема.

Еще один возможный пример – гипотеза, выдвинутая немецким математиком Кристианом Гольдбахом[241]; суть ее в том, что любое четное число можно записать в виде суммы двух простых целых чисел. Эта идея тоже пока не доказана, и не существует эмпирического способа определить, верна ли она. Возможно, она просто недоказуема средствами современной математики. (Если вы считаете, что можете осилить эту задачу, пожалуйста, пошлите свое доказательство какому-нибудь профессору математики, а не мне.) Но не исключено, что когда-нибудь – возможно, после будущего расширения математики – эту гипотезу удастся доказать или опровергнуть.

Причина, по которой вы не можете назвать определенные теоремы верными, но недоказуемыми, проста: если бы вы могли это сделать, это было бы доказательством их истинности. Многие теоремы могут быть опровергнуты одним-единственным контрпримером, но с теоремой Гёделя это не пройдет.

Поскольку современная физика пользуется математикой как одним из главных своих инструментов, всякая физическая теория обязательно неполна. Непременно существуют истинные утверждения, которые невозможно доказать или истинность которых невозможно продемонстрировать. Стивен Хокинг сокрушается по этому поводу, но утешается признанием того, что к любому неизвестному можно подступиться, разработав более полную теорию или добавив еще несколько постулатов или принципов. Из теоремы Гёделя следует, рассуждает он, что все существующие теории (и, он наверняка согласился бы, которые еще будут сформулированы) неполны. Он с иронией заключает, что у теоретиков всегда будет работа.

Теорема Гёделя заставляет задуматься о полноте физики – не какой-то конкретной теории, а науки как таковой. Или какие-то аспекты реальности, помимо тех, которые затрагивает принцип неопределенности, принципиально недоступны? Стоит об этом задуматься, и сразу же выясняется, что многие аспекты реальности не только не затронуты современной физикой, но, кажется, никогда не будут ею затронуты, как бы она ни продвинулась вперед. Очевидный пример можно найти в обычном вопросе о том, как что-то выглядит.