O czym milczy matematyka

Geometria euklidesowa i geometrie nieeuklidesowe

Grzegorz w swoim jubileuszowym, dwusetnym tekście napisał o twierdzeniu Gödla o niezupełności. Podrążę ten temat w stronę kilkakrotnie poruszanego u nas tematu „co może wynikać z milczenia”.

Zacznijmy jednak od czegoś starszego i nie mniej sławnego. Chodzi o postulat (albo aksjomat) Euklidesa o równoległych. Jest wiele jego sformułowań, zadowolę się takim:

Na płaszczyźnie, dla każdej prostej p i każdego punktu  P leżącego poza p, istnieje dokładnie jedna prosta nie przecinająca się z p i przechodząca przez P.

Odkąd Euklides stworzył swój system aksjomatów geometrii, trwały próby wykazania, że aksjomat o równoległych wynika z pozostałych aksjomatów. Ostatecznie, w XIX wieku Nikołaj Łobaczewski i Janos Bolyai  (byli też inni odkrywcy, ale te dwa nazwiska weszły do nazwy) wykazali, że nie wynika: można stworzyć zgodną z pozostałymi aksjomatami geometrię, w której przez P przechodzi nieskończenie wiele prostych nie przecinających się z p.

Jakiś czas później Bernhard Riemann stworzył kolejną zgodną z pozostałymi aksjomatami geometrię, w której dla odmiany przez P nie przechodzi żadna prosta nie przecinająca się z p.

Morał jest taki, że

Pozostałe aksjomaty Euklidesa milczą o tym, ile prostych nieprzecinających p przechodzi przez P.

Odkrycie Kurta Gödla można streścić tak:

Są zdania arytmetyki, o których jej aksjomaty milczą.

W odróżnieniu jednak od milczenia geometrii, milczenie arytmetyki jest dużo bardziej fundamentalne, bo żadne uzupełnianie zestawu aksjomatów nie pomaga. Gödel wykazał tak naprawdę, że każdy zestaw aksjomatów arytmetyki, jeśli tylko jest niesprzeczny i daje się opisać w skończony sposób, musi milczeć o czymś.

Niewątpliwie milczenie odkryte przez Gödla wiele nam mówi o ograniczeniu naszych możliwości poznawczych i skłania do pokory wobec matematyki, świata, który przecież powstał i żyje w naszych głowach.

Jerzy Tyszkiewicz

Ilustracja: Peo, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Kwestia porządkowa. Po przygodach z moimi tekstami deklaruję co następuje:

Osoby komentujące w sposób obraźliwy dla innych bądź całkowicie nie na temat będę banował do zakończenia dyskusji pod tekstem. Mam nadzieję, że ten sposób wywodzący się ze sportu pozytywnie wpłynie na rozwagę w wyrażaniu swoich emocji.  Swoich współautorów upoważniam do banowania, gdyby wcześniej ode mnie je zauważyli.