Таковы также определения, найденные в книге, справедливо почитаемой и высоко ценимой, «Основаниях геометрии» Гильберта. Посмотрите, в самом деле, как он начинает: «Мы мыслим три системы вещей, которые мы назовем точками, прямыми и плоскостями». Что это за «вещи»?
Мы не знаем и не должны знать; было бы даже жаль пытаться узнать; все, что мы имеем право знать о них, — это то, что говорят нам предположения; вот, например: «Две различные точки всегда определяют прямую», за чем следует замечание: «вместо «определяют» мы можем сказать, что две точки лежат на прямой, или прямая проходит через эти две точки, или соединяет две точки».
Таким образом, «быть на прямой» просто определяется как синоним «определять прямую». Вот книга, о которой я высокого мнения, но которую я не стал бы рекомендовать школьнику. Впрочем, я мог бы сделать это без опасений: он все равно не прочтет многого. Я привел крайние примеры, и ни один учитель не стал бы заходить так далеко. Но разве, даже не доходя до таких крайностей, он не подвергает себя той же опасности?
Предположим, мы в классе; учитель диктует: окружность — это геометрическое место точек плоскости, равноудаленных от внутренней точки, называемой центром. Хороший ученик записывает эту фразу в тетрадь; плохой ученик рисует рожицы; но никто из них не понимает; тогда учитель берет мел и рисует окружность на доске. «А!» — думают ученики, — «почему он сразу не сказал: окружность — это кольцо, мы бы поняли». Несомненно, учитель прав. Определение учеников было бы бесполезным, так как оно не могло бы послужить для доказательства, к тому же оно не привило бы им полезной привычки анализировать свои представления. Но нужно показать им, что они не понимают того, что, как им кажется, они знают, подвести их к осознанию неточности их первоначального представления и вызвать у них самих желание уточнить и прояснить его.
4. Я вернусь к этим примерам; я лишь хотел показать вам две противоположные концепции; они находятся в резком контрасте. Этот контраст объясняет история науки. Если мы прочтем книгу, написанную пятьдесят лет назад, большая часть рассуждений, которые мы там найдем, покажется лишенной строгости. Тогда предполагалось, что непрерывная функция может менять знак, только обращаясь в нуль; сегодня мы это доказываем. Предполагалось, что обычные правила вычисления применимы к несоизмеримым числам; сегодня мы это доказываем. Предполагалось многое другое, что иногда оказывалось ложным.
Мы доверяли интуиции; но интуиция не может дать строгости и даже уверенности; мы видим это все яснее. Она говорит нам, например, что каждая кривая имеет касательную, то есть что каждая непрерывная функция имеет производную, а это ложно. И поскольку мы искали уверенности, нам приходилось все меньше и меньше полагаться на интуицию.
Что сделало необходимым эту эволюцию? Мы довольно быстро поняли, что строгость нельзя установить в рассуждениях, если она не была предварительно заложена в определениях.
Объекты, которыми занимались математики, долгое время были плохо определены; мы думали, что знаем их, потому что представляли их с помощью чувств или воображения; но мы имели о них лишь грубый образ, а не точное понятие, за которое могло бы ухватиться рассуждение. Именно здесь логикам следовало бы приложить свои усилия.
Так, для несоизмеримого числа смутная идея непрерывности, которой мы обязаны интуиции, разрешилась в сложную систему неравенств, относящихся к целым числам. Таким образом, наконец исчезли все те трудности, которые пугали наших отцов, когда они размышляли об основах исчисления бесконечно малых. Сегодня в анализе остались только целые числа или конечные или бесконечные системы целых чисел, связанные сплетением равенств и неравенств. Мы говорим, что математика арифметизирована.
5. Но думаете ли вы, что математика достигла абсолютной строгости, не принеся никаких жертв? Вовсе нет; то, что она выиграла в строгости, она потеряла в объективности. Именно отделившись от реальности, она приобрела эту совершенную чистоту. Мы можем свободно перемещаться по всей ее области, прежде изобиловавшей препятствиями, но эти препятствия не исчезли. Они были лишь отодвинуты на границу, и их пришлось бы преодолевать заново, если бы мы захотели выйти за пределы этой границы, чтобы войти в область практического.
У нас было смутное понятие, сформированное из несообразных элементов, одни из которых были априорными, другие — почерпнутыми из более или менее осмысленного опыта; мы думали, что знаем по интуиции его основные свойства. Сегодня мы отбрасываем эмпирические элементы, сохраняя только априорные; одно из свойств служит определением, а все остальные выводятся из него путем строгих рассуждений. Все это очень хорошо, но остается доказать, что это свойство, ставшее определением, присуще реальным объектам, которые были известны нам из опыта и из которых мы почерпнули наше смутное интуитивное понятие. Чтобы доказать это, необходимо было бы обратиться к опыту или совершить усилие интуиции, и если бы мы не смогли этого доказать, наши теоремы были бы совершенно строгими, но совершенно бесполезными.
Логика иногда порождает монстров. В течение полувека мы наблюдаем появление множества причудливых функций, которые, кажется, стараются как можно меньше походить на добропорядочные функции, приносящие хоть какую-то пользу. Больше никакой непрерывности, или, может быть, непрерывность есть, но нет производных и т. д. Более того, с логической точки зрения именно эти странные функции являются наиболее общими, а те, что встречаются без поиска, больше не появляются иначе как в качестве частных случаев. Для них остается лишь очень маленький уголок.
Раньше, когда изобреталась новая функция, это делалось для какой-то практической цели; сегодня их изобретают специально для того, чтобы опровергнуть рассуждения наших отцов, и от них никогда не добьются ничего большего.
Если бы логика была единственным путеводителем учителя, пришлось бы начинать с самых общих функций, то есть с самых причудливых. Именно новичка пришлось бы заставить бороться с этим тератологическим музеем. Если вы этого не делаете, могут сказать логики, вы добьетесь строгости только поэтапно.
6. Да, возможно, но мы не можем так дешево относиться к реальности, и я имею в виду не только реальность чувственного мира, который, впрочем, имеет свою ценность, поскольку именно для борьбы с ним девять десятых ваших студентов просят у вас оружие. Существует реальность более тонкая, которая составляет саму жизнь математических сущностей и которая совсем иная, чем логика.
Наше тело состоит из клеток, а клетки — из атомов; являются ли эти клетки и эти атомы всей реальностью человеческого тела? Разве то, как эти клетки расположены, из чего проистекает единство индивида, не является также реальностью, причем гораздо более интересной?
Стал бы натуралист, который никогда не изучал слона иначе как под микроскопом, считать, что он знает это животное адекватно? То же самое и в математике. Когда логик расчленит каждое доказательство на множество элементарных операций, каждая из которых верна, он все равно не будет обладать всей реальностью; это «не знаю что», составляющее единство доказательства, полностью ускользнет от него.
В зданиях, воздвигнутых нашими учителями, какой смысл восхищаться работой каменщика, если мы не можем понять план архитектора? Но чистая логика не может дать нам этого понимания общего эффекта; за этим мы должны обратиться к интуиции.
Возьмем, к примеру, идею непрерывной функции. Сначала это лишь чувственный образ, след, оставленный мелом на доске. Мало-помалу он уточняется; мы используем его для построения сложной системы неравенств, которая воспроизводит все черты первоначального образа; когда все сделано, мы убираем центрирование, как после возведения арки; это грубое представление, ставшее бесполезной опорой, исчезло, и осталось только само здание, безупречное в глазах логика. И все же, если бы профессор не напомнил о первоначальном образе, если бы он не восстановил на мгновение центрирование, как мог бы студент догадаться, по какому капризу все эти неравенства были выстроены таким образом одно над другим? Определение было бы логически правильным, но оно не показало бы ему истинной реальности.
7. Итак, мы должны вернуться назад; несомненно, учителю трудно преподавать то, что его самого не вполне удовлетворяет; но удовлетворение учителя — не единственная цель обучения; мы должны прежде всего обратить внимание на то, каков ум ученика и каким мы хотим его видеть.
Зоологи утверждают, что эмбриональное развитие животного вкратце повторяет всю историю его предков на протяжении геологического времени. Похоже, то же самое происходит и в развитии ума. Учитель должен заставить ребенка пройти путь, по которому прошли его отцы; более быстро, но не пропуская станций. По этой причине история науки должна быть нашим первым путеводителем.
Наши отцы думали, что знают, что такое дробь, или непрерывность, или площадь кривой поверхности; мы обнаружили, что они этого не знали. Точно так же наши ученики думают, что знают это, когда начинают серьезное изучение математики. Если я без предупреждения скажу им: «Нет, вы этого не знаете; то, что вы думаете, что понимаете, вы не понимаете; я должен доказать вам то, что кажется вам очевидным», и если в доказательстве я буду опираться на посылки, которые им кажутся менее очевидными, чем заключение, что подумают эти несчастные? Они подумают, что математика — это лишь произвольная масса бесполезных тонкостей; либо они возненавидят ее, либо будут играть в нее как в игру и придут к состоянию ума, подобному состоянию греческих софистов.
Позже, напротив, когда ум ученика, освоившийся с математическими рассуждениями, созреет от этого долгого общения, сомнения возникнут сами собой, и тогда ваше доказательство будет принято с радостью. Оно пробудит новые сомнения, и вопросы будут возникать у ребенка последовательно, так же как они возникали последовательно у наших отцов, пока одна лишь совершенная строгость не сможет его удовлетворить. Сомневаться во всем недостаточно, нужно знать, почему сомневаешься.
8. Главная цель математического обучения — развить определенные способности ума, и среди них интуиция — не самая малая по ценности. Именно благодаря ей математический мир остается в контакте с реальным миром, и если чистая математика могла бы обойтись без нее, то всегда необходимо было бы прибегать к ней, чтобы заполнить пропасть, отделяющую символ от реальности. Практику она всегда будет нужна, и на одного чистого геометра должно приходиться сто практиков.
Инженер должен получить полное математическое образование, но для чего оно должно ему служить?
Чтобы видеть различные аспекты вещей и видеть их быстро; у него нет времени охотиться за мышами. Необходимо, чтобы в сложных физических объектах, представленных ему, он быстро распознавал точку, за которую могут ухватиться математические инструменты, которые мы вложили в его руки. Как он мог бы это сделать, если бы мы оставили между инструментами и объектами глубокую пропасть, вырытую логиками?
9. Помимо инженеров, другие ученые, менее многочисленные, в свою очередь должны стать учителями; поэтому они должны дойти до самой сути; глубокое и строгое знание первых принципов для них прежде всего необходимо. Но это не повод не развивать в них интуицию; ибо они получили бы ложное представление о науке, если бы никогда не смотрели на нее только с одной стороны, к тому же они не смогли бы развить в своих студентах качество, которым не обладали сами.
Даже для самого чистого геометра эта способность необходима; логикой доказывают, интуицией изобретают. Уметь критиковать — хорошо, уметь создавать — лучше. Вы умеете распознать, правильна ли комбинация; какое затруднение, если у вас нет искусства выбора среди всех возможных комбинаций. Логика говорит нам, что на таком-то пути мы наверняка не встретим никаких препятствий; она не говорит, какой путь ведет к цели. Для этого необходимо видеть цель издалека, и способность, которая учит нас видеть, — это интуиция. Без нее геометр был бы похож на писателя, который сведущ в грамматике, но не имеет идей. Но как могла бы развиться эта способность, если, как только она проявляется, мы прогоняем ее и запрещаем, если мы учимся ни во что ее не ставить, прежде чем узнаем ее пользу.
И здесь позвольте сделать отступление, чтобы подчеркнуть важность письменных упражнений. Письменным работам, возможно, не уделяется достаточного внимания на некоторых экзаменах, например, в Политехнической школе. Мне говорят, что они закрыли бы дверь перед очень хорошими учениками, которые освоили курс, глубоко понимают его и которые, тем не менее, не способны сделать малейшее применение. Я только что сказал, что слово «понимать» имеет несколько значений: такие студенты понимают только в первом смысле, а мы видели, что этого недостаточно ни для того, чтобы стать инженером, ни для того, чтобы стать геометром. Что ж, раз нужно выбирать, я предпочитаю тех, кто понимает полностью.
10. Но разве искусство здравого рассуждения — не тоже драгоценная вещь, которую профессор математики должен прежде всего культивировать? Я очень стараюсь не забывать об этом. Оно должно занимать наше внимание с самого начала. Я был бы огорчен, увидев, как геометрия вырождается в не знаю какую тахиметрию низкого сорта, и я ни в коем случае не подписываюсь под крайними доктринами некоторых немецких старших учителей. Но есть достаточно случаев, чтобы упражнять учеников в правильном рассуждении в тех частях математики, где неудобства, на которые я указал, не проявляются. Существуют длинные цепочки теорем, где абсолютная логика царила с самого начала и, так сказать, вполне естественно, где первые геометры дали нам модели, которым мы должны постоянно подражать и которыми должны восхищаться.
Именно при изложении первых принципов необходимо избегать излишней тонкости; там это было бы наиболее обескураживающим и, более того, бесполезным. Мы не можем доказать все и не можем определить все; и всегда будет необходимо заимствовать у интуиции; какая разница, будет ли это сделано немного раньше или немного позже, при условии, что, правильно используя посылки, которые она нам предоставила, мы научимся здраво рассуждать.
11. Возможно ли выполнить столько противоречивых условий? Возможно ли это, в частности, когда речь идет о том, чтобы дать определение? Как найти краткое утверждение, удовлетворяющее одновременно бескомпромиссным правилам логики, нашему желанию уловить место нового понятия в совокупности науки, нашей потребности мыслить образами? Обычно его не найти, и именно поэтому недостаточно сформулировать определение; его нужно подготовить и обосновать.
Что это значит? Вы знаете, часто говорили: каждое определение подразумевает допущение, поскольку оно утверждает существование определяемого объекта. Определение тогда будет оправдано, с чисто логической точки зрения, только тогда, когда будет доказано, что оно не содержит противоречий ни в терминах, ни с ранее принятыми истинами.
Но этого недостаточно; определение преподносится нам как конвенция; но большинство умов восстанут, если мы захотим навязать его им как произвольную конвенцию. Они будут удовлетворены только тогда, когда вы ответите на многочисленные вопросы.
Обычно математические определения, как показал г-н Лиар, являются настоящими конструкциями, построенными целиком из более простых понятий. Но почему нужно собирать эти элементы таким образом, когда возможна тысяча других комбинаций?
Это по капризу? Если нет, то почему эта комбинация имела больше прав на существование, чем все остальные? На какую потребность она отвечает? Как было предвидено, что она будет играть важную роль в развитии науки, что она сократит наши рассуждения и наши вычисления? Есть ли в природе какой-то знакомый объект, который является, так сказать, грубым и смутным образом этого?
Это еще не все; если вы ответите на все эти вопросы удовлетворительным образом, мы действительно увидим, что новорожденный имел право быть крещеным; но и выбор имени не является произвольным; необходимо объяснить, какими аналогиями руководствовались, и что если аналогичные имена были даны разным вещам, то эти вещи, по крайней мере, различаются только материалом и сходны по форме; что их свойства аналогичны и, так сказать, параллельны.
Такой ценой мы можем удовлетворить все склонности. Если утверждение достаточно корректно, чтобы понравиться логику, обоснование удовлетворит интуитивиста. Но есть еще лучшая процедура; везде, где это возможно, обоснование должно предшествовать утверждению и подготавливать его; нужно подводить к общему утверждению путем изучения некоторых частных примеров.
Еще одна вещь: каждая из частей формулировки определения имеет целью отличить определяемую вещь от класса других соседних объектов. Определение будет понято только тогда, когда вы покажете не просто определяемый объект, но и соседние объекты, от которых его уместно отличать, когда вы дадите понимание разницы и когда вы прямо добавите: вот почему, формулируя определение, я сказал то или это.
Но пора оставить общие рассуждения и рассмотреть, как несколько абстрактные принципы, которые я изложил, могут быть применены в арифметике, геометрии, анализе и механике.
Арифметика
12. Целое число не подлежит определению; зато обычно определяют операции над целыми числами; я полагаю, что ученики заучивают эти определения наизусть и не придают им никакого значения. На то есть две причины: во-первых, их заставляют учить их слишком рано, когда их ум еще не чувствует в них потребности; во-вторых, эти определения не являются удовлетворительными с логической точки зрения. Хорошее определение сложения не может быть найдено просто потому, что мы должны остановиться и не можем определить все. Не является определением сложения сказать, что оно состоит в прибавлении. Все, что можно сделать, — это начать с определенного числа конкретных примеров и сказать: операция, которую мы выполнили, называется сложением.
Для вычитания все совсем иначе; оно может быть логически определено как операция, обратная сложению; но должны ли мы начинать с этого? Здесь также следует начать с примеров, показать на этих примерах взаимность двух операций; таким образом, определение будет подготовлено и обосновано.