Бесчисленное поддается подсчету. Кантор. Бесконечность в математике. - Gustavo Pineiro

«Множество», таким образом, — это синоним «группы», в том смысле, в котором мы обычно употребляем это слово. Данное определение сыграло важнейшую роль в развитии математики, установив, что множество — это объект, отличный по своей сути от своих составляющих. Несколько лет спустя британский логик Бертран Рассел (1872-1970) проиллюстрировал это различие словами: «Табун лошадей — не то же самое, что лошадь».

Множество — как закрытый мешок, в котором содержатся абсолютно определенные вещи, но их нельзя увидеть, мы о них ничего не знаем, кроме того, что они существуют и они определены.

Рихард Дедекинд в письме немецкому математику Феликсу Бернштейну, 1899 год

Так, множество всех рациональных чисел, которое обычно обозначается буквой Q, имеет особые характеристики. Они относятся только к Q в целом, но не к рациональным числам по отдельности, например счетность. В случае, когда мы говорим о Q как о совокупности актуально существующей, определение множества подразумевает, что мы должны принять идею актуальной бесконечности.

Мы можем совершать операции с числами — складывать или умножать — так же, как с множествами (например, объединять). Если есть два множества, их объединение даст другое множество, включающее в себя все объекты, из которых состоят эти два множества. Если мы возьмем множество натуральных чисел N, членами которого являются 0, 1,2, 3, ..., и множество отрицательных целых чисел Ν', то их объединением будет множество целых чисел, которое обычно обозначается буквой Ζ (первой буквой немецкого слова Zahl, «число») и содержит одновременно члены N и Ν'. В записи математическими символами это выглядело бы так: N U Ν’ = Ζ (см. рисунок).

Одна из особенностей, которую Кантор описал в своей статье 1895 года, проиллюстрирована на рисунке: объединение двух счетных множеств всегда дает в результате счетное множество. Изучение свойств, которые относятся либо к множествам, либо к объектам самим по себе, составляет предмет так называемой теории множеств, и Кантор считается ее создателем, поскольку первым начал исследовать эти свойства. Одним из важнейших аспектов теории множеств является изучение мощности бесконечных множеств. Именно поэтому говорят, что теория множеств и теория математической бесконечности — это, в сущности, одна и та же теория.

Объединение двух множеств содержит одновременно элементы и того и другого.

Выходит, что теория множеств родилась в 1883 году? Почему же тогда задолго до этого, в 1872 году, Кантор и Дедекинд уже сошлись на том, что в математику необходимо ввести понятия множеств?

В 1872 году Кантор опубликовал статью, в которой было предложено решение проблемы континуума. Решение состояло в том, чтобы найти такое определение вещественных чисел, которое не опиралось бы на геометрические понятия. Важно отметить, что уже тогда Кантор знал: эта задача приведет его к актуально бесконечным множествам.

В том же году Дедекинд опубликовал решение вопроса континуума, близкое к предложенному Кантором и основанное на так называемых дедекиндовых сечениях. Теперь понятно, почему в 1872 году двое ученых сочли, что их взгляды на математику настолько схожи.

Математик Бернард Больцано родился в Праге в 1781 году. В сочинении «Парадоксы бесконечного», опубликованном в 1851-м, спустя три года после его смерти, он предвосхитил некоторые идеи Кантора, обнародованные гораздо позже, пусть даже он не упомянул о существовании нескольких уровней бесконечности и не создал полноценную теорию математической бесконечности.

Тем не менее до середины 1880-х годов и Кантор, и Дедекинд допускали только существование групп, образованных числами или геометрическими точками, а не любыми объектами. Таким образом, отвечая на поставленный вопрос, мы можем сказать, что хотя в 1870-е годы Кантор и Дедекинд уже использовали связанный со множествами понятийный аппарат в своих работах, эти термины еще не были развиты до конца, так как применялись только к группам, состоящим из чисел или геометрических точек. Возможность того, что множество может состоять из любых объектов, Кантор принял во внимание только в 1883 году, но и то ограничился множествами, образованными числами, хоть и особого вида.

Необходимо подчеркнуть, что концептуальный переход к принятию идеи того, что множества могут быть образованы любыми объектами, уже был заложен в определении мощности, которое Кантор обнародовал в 1877 году. Утверждая, что мощность — это свойство группы, коллекции, которое возникает при абстрагировании от природы составляющих его членов, он подчеркивает: не важно, какими членами оно образовано.

Если мы возьмем любую группу и заменим, например, числа или точки буквами, идеями или любыми другими объектами, то ее мощность останется такой же, поскольку понятие мощности не зависит от природы членов коллекции.

Статья 1883 года «Основы общего учения о многообразиях» стала кульминацией научной карьеры Кантора. К сожалению, этот период его жизни был также отмечен серьезными личными проблемами.

Эдуард Гейне, руководивший первыми исследованиями Кантора в Галле, умер 21 октября 1881 году. Тогда ученый задался амбициозной целью. Раз ему не удавалось перейти в престижный университет вроде Берлинского или Геттингенского, он решил привести в Галле знаменитых ученых, которым было близко его учение о бесконечности, и создать исследовательский центр. В качестве первого шага он убедил дирекцию университета предложить одно освободившееся место Дедекинду.

К большому удивлению и разочарованию Кантора, тот отклонил это предложение, и место было отдано Альберту Вангерину — второстепенному геометру, далекому от идей Кантора.

Причины, побудившие Дедекинда отказаться, нам точно не известны. К тому времени он уже 20 лет жил в родном Брауншвейге, где возглавлял коллегиум, в котором когда-то учился сам, и занимался исследовательской работой в своем темпе, без давления со стороны. Поэтому, возможно, причиной было банальное нежелание менять стиль жизни.

Я представляю себе множество как пропасть.

Георг Кантор — немецкому математику Феликсу Бернштейну, 1899 год

В любом случае Кантора этот отказ очень обидел, и дружба стала быстро угасать, а в конце 1882 года десятилетняя переписка и все прочие контакты были полностью прерваны.

Практически в тот же самый период, когда завершились отношения Кантора с Дедекиндом, он завязал переписку со шведским ученым Іестой Миттаг-Леффлером (1846— 1927) — известным математиком, который, как и Дедекинд, интересовался областью бесконечного. Тогда же, в 1882 году, Миттаг-Леффлер основал журнал Acta Mathematica. И Кантор обрел подходящую платформу для публикации своих работ, не попадая в зону влияния Кронекера. С 1883 по 1885 год в Acta Mathematica были опубликованы три статьи, в которых Кантор рассматривал вопросы, связанные с решением задачи контиуума.

Однако отношения с Миттаг-Леффлером не продлились долго. В 1884 году тот убедил Кантора отозвать одну из статей, будучи уверенным в том, что действует в пользу автора. Миттаг-Леффлер понимал, что статья, озаглавленная «Принципы теории порядковых типов», слишком умозрительна, ей недостает ясных и четких результатов, и она может навредить репутации теории множеств. Он ответил Кантору, что тот написал слишком много, но так и не предъявил конкретных результатов, а это может дискредитировать теорию, и в этом случае потребуется еще сто лет, прежде чем на его идеи вновь обратят внимание. Кантор плохо воспринял совет Миттаг-Леффлера, посчитав, что тот намекает, будто ему надо подождать еще сто лет с публикацией своих идей: 

«Если верить Миттаг-Леффлеру, мне придется ждать до 1984 года, что кажется слишком строгим требованием! [...] Разумеется, я и знать больше ничего не желаю об Acta Mathematical.» 

Кантор написал это в 1885 году, прекратил всякое общение с Миттаг-Леффлером и больше не отправил в Acta Mathematica ни одной статьи. «Принципы теории порядковых типов» так и не были опубликованы. Ученый переживал один из самых тяжелых периодов своей жизни. Потеряв Дедекинда, в глазах которого, как считал Кантор, его оклеветали, не имея возможности создать исследовательский центр в Галле или попасть в желанные университеты Берлина или Геттингена, в мае 1884 года он впал в депрессию. Ему потребовалось немало времени, чтобы выйти из нее. Его математическое творчество, так ярко раскрывшееся в «Основах общего учения о многообразиях» 1883 года, угасло вплоть до 1890-х годов. В этот переходный период Кантор опубликовал несколько статей, в которых с переменным успехом исследовал философские последствия и возможные применения в физике своей теории бесконечности. Он также увлекся идеей о том, что произведения Шекспира были на самом деле написаны Фрэнсисом Бэконом. Эта теория появилась во второй половине XVIII века, и хотя большинство ученых считают ее абсурдной, даже сегодня у нее есть сторонники. Кантор потратил много денег на приобретение старинных изданий Шекспира и написал три монографии по этой теме.