3. Чтобы найти количество кубов в гиперкубе: умножьте количество кубов в исходном кубе (один) на два и прибавьте по одному кубу для каждой плоскости в нем. Например, 2 × 1 + 6 = 8.
4. Чтобы найти количество точек или вершин: умножьте количество вершин в исходном кубе на 2. Например, 2 × 8 = 16.
На плоскости могут существовать три точки, каждая из которых равноудалена от других. Их можно соединить, образовав равносторонний треугольник, в котором есть три вершины или точки, три линии или стороны и одна поверхность.
В трехмерном пространстве могут существовать четыре точки, каждая из которых равноудалена от остальных. Такие точки можно найти в вершинах правильного тетраэдра. Тетраэдр имеет четыре точки, по одной в каждой вершине, 6 линий и 4 равносторонних треугольника, как показано на рис. 11.
В четырехмерном пространстве у нас есть 5 точек, каждая из которых равноудалена от всех остальных, что дает гипертетраэдр. Эта четырехмерная фигура может быть получена путем перемещения тетраэдра в направлении четвертого измерения, как показано на рис. 12. Если провести плоскость через каждое из шести ребер тетраэдра и новую вершину, получится шесть новых плоскостей или граней, всего 10, считая исходные четыре. От новой вершины также отходит тетраэдр, опирающийся на каждое основание исходного тетраэдра, так что всего получается пять тетраэдров. Гипертетраэдр — это четырехмерная фигура, состоящая из пяти тетраэдров, десяти граней, 10 линий и 5 точек.
Fig. 11.
Fig. 12.
Пол Карус [17] предлагает использовать зеркала, расположенные таким образом, чтобы они давали восемь изображений куба при размещении в точке их пересечения. Он говорит:
«Если мы установим три зеркала под прямым углом и поместим любой объект в пересекающийся угол, мы увидим объект не один раз, а восемь. Тело отражается внизу, и объект, таким образом удвоенный, зеркально отображается не только на обеих вертикальных сторонах, но и в углу за ними, появляясь в каждом из вертикальных зеркал, совпадая в одном и том же месте. Таким образом, общее умножение наших трехмерных границ четырехмерного комплекса становится восьмикратным».
«Теперь мы должны помнить, что это представление четвертого измерения страдает от всех недостатков аналогичной фигуры куба в двухмерном пространстве. Несколько фигур не являются восемью независимыми телами, а представляют собой лишь границы, и четырехмерное пространство обусловлено их взаимосвязью. Это то непредставимое нечто, которое они заключают в себе, или, иными словами, границами которого они предположительно являются. Если бы мы были четырехмерными существами, мы могли бы естественно и легко войти в зеркальное пространство и перенести трехмерные тела или их части в те другие объекты, отраженные здесь в зеркалах, представляющих границы четырехмерного объекта. Хотя, с одной стороны, зеркальные изображения были бы столь же реальны, как и исходный объект, они не занимали бы пространства наших трех измерений, и в этом отношении наш метод представления четвертого измерения с помощью зеркал был бы вполне аналогичен кубу, изображенному на плоской поверхности, ибо пространство, к которому мы (будучи ограничены нашим трехмерным пространственным восприятием) естественно отнесли бы семь дополнительных зеркальных изображений, не занято, и если бы мы предприняли попытку, мы обнаружили бы, что оно пусто».
Полезность такого представления, которое описывает Карус, признается, то есть в той мере, в какой оно служит для формирования общего представления о том, как можно вообразить объект четырехмерного пространства, но эта иллюстрация не доказывает существование четвертого измерения. Она лишь показывает, что могло бы быть, если бы существовало четырехмерное пространство, в котором объекты могли бы существовать и быть изучены. Мы, конечно, не имеем права предполагать, что, поскольку с помощью аналогичных рассуждений можно показать, что некоторые характеристики четырехмерного объекта могут быть представлены в трехмерном пространстве, тем самым устанавливается возможное существование такого объекта. Отнюдь нет. Ибо не существует мыслимого условия трехмерной механики, при котором можно было бы сказать, что объект обладает объективным существованием, подобным тому, которое представлено зеркальным кубом.
Но в этом представлении есть несоответствия, которые вполне можно было бы принять во внимание. Они фактически сводятся к некоторому обесцениванию концепции, которую призвана проиллюстрировать аналогия. Например, в случае с зеркальным объектом, помещенным в точку пересечения трех зеркал, установленных под прямым углом друг к другу. При изучении такой конструкции обнаруживается, что отражение объекта в зеркалах не имеет никакой ощутимой связи с самим объектом. И это несмотря на то, что они рассматриваются как границы гиперкуба; особенно это верно, если заметить, что эти отражения призваны играть роль реальных, осязаемых границ. Если бы четырехмерный объект действительно был похож на зеркальное представление, это вызвало бы серьезные возражения со всех точек зрения. Замена любой из границ, требуемых в аналогии, неизбежно означала бы замену самого гиперкуба. Другими словами, если убрать реальный куб с его позиции на пересечении зеркал, отражения не будет видно, а следовательно, не будет ни границ, ни гиперкуба. Аналогия, хотя и обладающая, по общему признанию, некоторой незначительной ценностью в намеченном направлении, тем не менее бесполезна, когда речь идет о детальном представлении. Итак, аналогия рушится; но вновь возникает вопрос о том, можно ли вообще установить или доказать так называемое четвертое измерение на чисто математических основаниях. Это также подчеркивает необходимость более ясного понимания значения измерения и пространства.
Логические трудности, которые сопровождают концепцию гиперпространства, подробно рассматриваются Джеймсом Х. Хислопом [18]. Он говорит:
«Предположение о том, что существует три измерения вместо одного, или что существует только три измерения, является чисто произвольным, хотя и удобным для определенных практических целей. Здесь предположение выражает лишь различия в направлениях от принятой точки. Таким образом, то, что в одном отношении можно было бы назвать лежащим в плоскости, в другом лежало бы в третьем измерении. Нет ничего, что абсолютно определяло бы, что является первым, вторым или третьим измерением. Если плоскость, горизонтальную по отношению к сенсориуму, назвать плоским измерением, то плоскость, вертикальную к ней, назовут объемным, или третьим измерением, но изменение положения изменит названия этих измерений, не вызывая ни малейшего качественного изменения или различия в значении».
«Более того, мы обычно выбираем три линии или плоскости, заканчивающиеся вертикально в одной и той же точке, линии, соединяющие три поверхности куба с одной и той же точкой, в качестве представителя того, что подразумевается под тремя измерениями, и сводим все остальные линии и плоскости к ним. Но здесь можно наблюдать интересные факты. 1. Если вертикальное отношение между двумя линиями необходимо для определения измерения, то все линии, кроме указанных, либо вообще не находятся ни в каком измерении, либо находятся вне трех данных измерений. Это отрицается всеми сторонами, что лишь показывает, что вертикальное отношение к другим линиям не является необходимым для определения измерения. 2. Если линии вне трех вертикально пересекающихся линий все же лежат в измерении или сводимы к другим измерениям, они могут лежать более чем в одном измерении одновременно, что, в конце концов, является фактом. Это лишь показывает, что качественно все три измерения одинаковы и что любая линия вне другой может представлять измерение только в смысле направления от данной точки или линии, и мы вправе предположить столько измерений, сколько нам угодно, все в пределах трех измерений».
«Этот способ рассмотрения показывает источник иллюзии о "четвертом измерении". Термин в своем родовом значении обозначает соизмеримое качество и обозначает только одно такое качество, так что свойство, предположительно определяющее неевклидову геометрию, должно быть качественно отличным от этого, если его фигуры включают необходимое качественное отличие от евклидовой математики. Но это исключило бы идею "измерения" как его основу, что противоречит предположению. С другой стороны, термин имеет специфическое значение, которое, будучи качественно отличным от родового, включает право использовать родовой термин для их дифференцированного описания, но если он используется только количественно, то есть для выражения направления, как это, по сути, и происходит в данных случаях, это предполагает допущение фактического, а не предполагаемого существования четвертого измерения, что опять же противоречит предположению неевклидовой геометрии. Короче говоря, измерение как соизмеримое качество делает существование четвертого измерения трансцендентальной проблемой, а как простое направление — эмпирической проблемой. И последняя концепция удовлетворяет всем требованиям случая, поскольку она соответствует чисто количественным различиям, существующим между евклидовой и неевклидовой геометрией, как это неизбежно подразумевает сам язык о "поверхностях", "треугольниках" и т. д., несмотря на приставку "псевдо"».
Таким образом, кажется, что те, кто был наиболее усерден в построении концепции гиперпространства, были наименее внимательны к логическим трудностям, которые сопровождают разработку их предположений. И все же иногда требуется нелогичное, абсурдное и отклоняющееся от нормы, чтобы привести нас к правильному пониманию истины, и когда мы приходим к сравнению того и другого, истины и абсурда, мы тем более удивляемся, что заблуждение могло получить столь прочную опору перед лицом столь подавляющих доказательств обратного.
Вся ситуация, соответственно, метко изложена Хислопом, когда он продолжает:
«Здесь либо смешение абстрактного с конкретным, либо количественной логики с качественной... так что вся дискуссия о четвертом измерении — это просто обширная масса двусмысленностей, вращающихся вокруг различных значений термина "измерение". Это, будучи однажды обнаруженным, либо делает полемику смехотворной, либо претензию на неевклидовы свойства — простой трюизм, но эффективно взрывает логические претензии на новое размерное качество пространства как некий фокус, в котором фокусник обманут так же сильно, как и его зрители. Это просто заставляет математику выйти за пределы своих собственных функций, определенных ее собственными сторонниками, и присвоить себе прерогативы метафизики».
Должны ли мы, следовательно, согласиться с империалистической политикой математиков, которые охотно узурпировали бы владения метафизика, чтобы эксплуатировать сверхплодотворную гипотезу? Не верится, что суровость суждения Хислопа в этом отношении незаслуженна. Однако вызывает сожаление, что представления математиков были настолько незрелыми, что оправдывали эту довольно язвительную, хотя и уместную критику. Ибо действительно кажется, что в тот момент, когда математик покидает пределы своей ограниченной сферы подвижности и входит в область трансцендентного, в этот момент он теряет путь и становится неопытным мореплавателем в неизведанном море.
Интересно отметить, что Кассиус Джексон Кайзер [19], признавая чисто произвольный характер так называемой размерности пространства, тем не менее склоняется к мнению, что «если мы будем думать о линии как о порождающем элементе, мы обнаружим, что наше пространство имеет четыре измерения. Этот факт можно увидеть разными способами, а именно:
«Линия определяется любыми двумя своими точками. Каждая линия пронзает каждую плоскость. Соединяя точки одной плоскости со всеми точками другой, мы получаем все линии пространства. Чтобы определить линию, достаточно определить две ее точки, одну в одной плоскости, а другую в другой. Для каждого из этих определений необходимы и достаточны два данных, как объяснялось ранее. Таким образом, видно, что положение линии зависит от четырех независимых переменных, и четырехмерность нашего пространства в линиях очевидна».
Аналогичным образом он аргументирует четырехмерность пространства в сферах:
«Мы можем рассматривать наше пространство как совокупность его сфер. Чтобы отличить сферу от всех других сфер, нам нужно знать четыре и только четыре независимых факта о ней, скажем, три, которые определят ее центр, и один — ее размер. Следовательно, наше пространство также четырехмерно в сферах. В кругах его размерность равна шести; в поверхностях второго порядка (тех, которые пронзаются прямой линией в двух точках) — девяти; и так далее до бесконечности».
Взгляд, принятый Кайзером, является типичным. Это математический взгляд, характеризующийся определенным отсутствием сдержанности, которое оказывается присущим всей схеме мышления, относящейся к гиперпространству. Ясно, что тот вид пространства, который допускает столь радикальные изменения в своей природе, чтобы быть в одно время трехмерным, в другое время четырехмерным, затем шести-, девяти- и даже n-мерным, не является тем видом пространства, в котором, как известно, существует объективный мир. Действительно, это не тот вид пространства, который вообще существует. Во-первых, линия не может порождать перцептивное пространство. Также не может ни круг, ни сфера, ни какая-либо другая геометрическая конструкция. Поэтому недопустимо, за исключением математического контекста, рассматривать наше пространство как "совокупность его сфер", его кругов или его поверхностей; ибо очевидно, что перцептивное пространство не является геометрической конструкцией, даже если интеллект естественно находит в нем своего рода скрытый геометризм, который является космическим. Ибо существует большая разница между тем космическим порядком, который является пространством, и тонко разработанной абстракцией, которую геометр обманом заставляет себя отождествлять с пространством. Абсолютно нет ни воспринимаемых, ни невоспринимаемых средств, с помощью которых перцептивное пространство могло бы хоть как-то быть затронуто актом воли, идеации или движения. Почему математики упорствуют в фантазиях о порождаемости пространства движением линий, кругов, плоскостей и т. д., признаться, нелегко понять, особенно когда естественным результатом такой процедуры является самоодурачивание. Гораздо лучше признать в качестве руководящего принципа во всех математических рассуждениях относительно природы пространства, что возможности, которые, как обнаруживается, присущи идеализированной конструкции, не могут быть объективированы в космическом, чувственном пространстве. Линия разграничения должна быть проведена раз и навсегда, и все метагеометрические вычисления и теории должны предваряться замечанием о том, что: "если бы объективное пространство было подвержено особенностям идеализированной конструкции, такой-то и такой-то результат был бы возможен", или словами в этом духе. Этот способ действий послужил бы прояснению многих, если не всех, концепций гиперпространства как для нематематика, так и для самих метагеометров, особенно тех, кто не желает признавать полную невозможность своих конструкций применительно к перцептивному пространству. Мы тогда перестали бы наблюдать зрелище в остальном благонравных людей, совершающих ошибку, пытаясь реализовать абстракции или абстрагировать реальности. В этом и заключается суть всего дела: математики, вместо того чтобы довольствоваться реальностями, как они находят их в космосе, стремятся свести их к абстракциям или, с другой стороны, сделать так, чтобы их абстракции казались реальностями.
Кайзер продолжает показывать, как концепция порождаемости гиперпространства может быть осмыслена, начиная с точки, перемещая ее в направлении вне ее самой и порождая линию; начиная с линии, обрабатывая ее аналогичным образом и порождая плоскость; беря плоскость, перемещая ее в направлении под прямым углом к самой себе и порождая куб; наконец, используя куб в качестве порождающего элемента и конструируя четырехмерную фигуру — тессеракт. Теперь, на самом деле, точка, будучи нематериальной, не может быть перемещена ни в каком направлении, также не может быть перемещена точка-часть чувственного пространства. Тем не менее, мы вполне согласны с ним, когда он утверждает:
«Конечно, нет никакого абсурда в предположении, что при соответствующей стимуляции человеческий разум может со временем быстро развить пространственную интуицию четырех или более измерений» (курсив в приведенной цитате наш).
Здесь мы имеем молчаливое подразумевание того, что понятие, которое геометры до сих пор обозначали как "измерение", на самом деле является вопросом сознания, интуиции и, следовательно, определяется только ограничениями сознания и результатами наших интуитивных познаний. Поскольку более детальное обсуждение этой фазы предмета будет проведено, когда мы перейдем к рассмотрению главы VI о "Сознании как норме пространственных определений", дальнейшие комментарии откладываются до тех пор.
Теперь, поскольку кажется несомненным, что то, что геометры привыкли называть "измерением", является одновременно относительным и взаимозаменяемым по значению — одно становится другим в зависимости от того, как на него смотрят, — вполне естественно следует вывод, что ни конструктивная, ни символическая геометрия не основаны на измерении как соизмеримом качестве. Реальной основой неевклидовой геометрии является измерение как направление. Ибо что бы еще ни говорили о так называемом четвертом измерении, оно, безусловно, немыслимо даже для метагеометров, когда оно освобождено от направления, хотя никакое конкретное направление не может быть ему приписано. Возможно, среди всех неевклидовых публицистов принято считать, что четвертое измерение должно лежать в "направлении, которое находится под прямым углом ко всем трем измерениям". Но если их спросить, как это направление может быть установлено или хотя бы воображено, они впадают в замешательство, потому что они просто не знают. Трудность в этой связи, по-видимому, заключается в вопросе отождествления условий мира фантазии с условиями мира чувств. Существуют искажения, разветвления, погружения, двойные свертки и другие математические акробатические трюки, которые могут быть выполнены в сфере концептуального, выполнение которых никогда не могло бы быть актуализировано в объективном мире. Поскольку эти выходки возможны в рамках математического воображения, это вряд ли является оправданием попыток воспроизведения в актуализированной и феноменальной вселенной.