Кіріспе

Хилберт проблемалары — неміс математигі Дэвид Хилберт 1900 жылы математика саласында қойған 23 мәселе. Олардың бәрі сол кезде шешілмеген еді, ал кейбіреулері 20 ғасыр математикасына зор ықпал еткенін көрсетті. Хилберт Халықаралық математиктер конгресінің Париждегі конференциясында 8 тамызда Сорбоннада сөйлеген сөзінде он мәселені (1, 2, 6, 7, 8, 13, 16, 19, 21 және 22) ұсынды. 23 мәселенің толық тізімі кейіннен 1902 жылы Мэри Фрэнсис Уинстон Ньюсонның ағылшын тіліне аудармасында Америка математикалық қоғамының бюллетенінде жарияланды. Алғашқы жарияланымдары (неміс тілінде) «Archiv der Mathematik und Physik» журналында жарық көрген.

Гилберт проблемаларының тізімі

Хилберттің 1902 жылы «Америкалық математикалық қоғамның бюллетенінде» жарияланған 23 проблемасының тақырыптары төмендегідей. 11-ші және 16-шы проблемалар сияқты басқа да проблемалар қазір дамып келе жатқан математикалық салаларға, мысалы, квадраттық формалар және нақты алгебралық қисықтар теорияларына қатысты. Қазіргі заманғы стандарттар бойынша шешілмеуі мүмкін екі проблема бар. 6-шы проблема физиканы аксиоматизациялауға қатысты, бірақ 20 ғасырдың жетістіктері Хилберт заманымен салыстырғанда бұл мақсатты көбірек алыс және аз маңызды қылып көрсетті. Сондай-ақ, 4-ші проблема геометрияның негіздеріне қатысты, бірақ қазіргі талқылаулар бойынша нақты жауап беруге жеткіліксіз анық. Хилберт 23-ші проблеманы өзгерістің калькулясын бағаланбаған және жеткіліксіз зерттелген сала ретінде көрсету үшін мақсатты түрде жалпы индикатор ретінде қойды. Бұл проблемаларды ұсынған лекциясында Хилберт 23-ші проблемаға келесідей кіріспе жасады: «Бүгінгі күнге дейін мен мүмкіндігінше нақты және ерекше проблемаларды атап келдім, себебі осындай нақты және ерекше проблемалар бізді ең көп қызықтырады және ғылымға ең ұзақ әсер етеді деп санаймын. Дегенмен, мен бір жалпы проблемамен аяқтағым келеді, атап айтқанда, осы лекцияда бірнеше рет айтылған математика саласын көрсетумен – Вейерштрасс соңғы уақытта оған үлкен үлес қосса да, менің ойымша, оған лайықты бағалауды алмай отыр. Мен өзгерістің калькулясы туралы айтып отырмын». Қалған 21 проблемаға көп көңіл бөлінді, және 20 ғасырдың соңына дейін осы проблемалар бойынша жұмыс өте маңызды болып саналды. Пол Коэн 1966 жылы бірінші проблема бойынша жұмысы үшін Филдс медалін алды, ал Юрий Матиясевичтің 1970 жылы оныншы проблеманы теріс шешуі (Джулия Робинсон, Хилари Путнам және Мартин Дэвис еңбектерін аяқтау) ұқсас құрметке ие болды. Бұл проблемалардың кейбір аспектілері бүгін де үлкен қызығушылық тудырады.

Жақсы емес

Готлоб Фреге мен Бертран Расселден кейін Гилберт математиканы логикалық тұрғыдан формальды жүйелер әдісі арқылы, яғни аксиомалардың келісілген жиынтығынан финистік дәлелдемелер қолданып анықтауға тырысты. Гилберт бағдарламасының негізгі мақсаттарының бірі – арифметика аксиомаларының дәйектілігін финистік тұрғыдан дәлелдеу болды: осылайша, оның екінші мәселесі осы еді. refn|group=lower alpha|Нагель мен Ньюман, Хофштадтер (2001, 107-бетті қараңыз), 37-төменгі жазба: «Сонымен қатар, математикалық логика мамандарының көпшілігі [Генценнің] дәлелінің дұрыстығына күмән келтірмесе де, ол Гилберттің бастапқы тұтастық дәлелінің талаптарына сәйкес финистік емес». Сондай-ақ келесі бетті қараңыз: «Бірақ бұл дәлелдер [Gentzen және т.б.] оларға қатысты жүйелердің ішінде көшіріле алмайды және финистік болмағандықтан, Гилберттің бастапқы бағдарламасының жарияланған мақсаттарына жете алмайды». Хофштадтер бастапқы (1958) төменгі жазбаны сәл өзгертті, «студенттер» сөзін «математикалық логика мамандары» деп алмастырды. Бұл мәселе 109-бетте қайта қарастырылады. Рид 1931 жылы екі мақаласында Гилберттің «unendliche Induktion» деп аталатын индукцияның басқа түрін ұсынғанын айтады (199-бет). Оның сөзіне қарағанда, мәселе – шешімнің қандай екенін білу және біз оны әрқашан біле аламыз, математикада «ignorabimus» (шешімі ешқашан белгілі болмайтын мәселе) деген нәрсе жоқ. Оныншы мәселенің шешімін ол «ignorabimus» мысалы ретінде қарастыра ма, әлде жоқ па, әлі анық емес: дәлелденгені – бүтін сандық шешімнің болмауы, бірақ (біршама мағынада) шешімнің бар-жоғын нақтылай білу қабілеті. Екінші жағынан, бірінші және екінші мәселелердің жағдайы одан да күрделі: Гёдельдің (екінші мәселе бойынша) немесе Гёдель мен Коэннің (бірінші мәселе бойынша) нәтижелері нақты теріс шешім бере ме, жоқ па, математиктер арасында нақты консенсус жоқ, себебі бұл шешімдер мәселелердің белгілі бір формализациясына қатысты, ол міндетті түрде жалғыз мүмкін формализация емес. Нагель, Ньюман және Хофштадтер бұл мәселені талқылайды: «Гёдельдің нәтижелері Principia Mathematica сияқты формальды жүйе үшін консистенцияның абсолютті дәлелін құру мүмкіндігін жоққа шығармайды. Оның дәлелі осы мүмкіндікті жоққа шығармайды, бірақ бүгінгі күні Principia Mathematica-да көшіріле алмайтын финистік дәлелдің қандай болатыны туралы ешкімнің анық идеясы жоқ (39-төменгі жазба, 109-бет)». Авторлар бұл перспективаның «өте күмәнді» деген қорытындыға келді.

Жалғасы

1900 жылдан бері математиктер мен математикалық ұйымдар проблемалар тізімін жариялап келеді, бірақ көбінесе бұл тізімдер Хилберт проблемалары сияқты үлкен әсер етпеді және аз жұмыс тудырды. Бір ерекшелік – 1940 жылдардың соңында Андре Вейль ұсынған үш болжам (Вейль болжамдары). Алгебралық геометрия, сандар теориясы және олардың арасындағы байланыс салаларында Вейль болжамдары маңызды рөл атқарды. Бірінші болжамды Бернард Дворк дәлелдеді, ал алғашқы екеуінің басқаша дәлелін, ℓ-адық кохомология арқылы Александр Гротендик берді. Вейль болжамдарының соңғысы және ең тереңі (Риман гипотезасының аналогы) Пьер Делинь дәлелдеді. Гротендик пен Делинь екеуі де Филдс медалімен марапатталды. Алайда, Вейль болжамдары көлемі жағынан бір Хилберт проблемасына ұқсас, ал Вейль оларды математиканың барлық саласын қамтитын бағдарлама деп қарастырмады. Бұл біршама ирониялық, себебі Вейль 1940-1950 жылдардағы Хилберт рөлін ең жақсы орындаған математик болды, ол (теориялық) математиканың барлық саласын білді және олардың көптегенінің дамуына үлкен үлес қосты. Пол Эрдос жүздеген, тіпті мыңдаған математикалық проблемалар қойды, олардың көпшілігі терең мәселелерді қамтыды. Эрдос көбінесе ақшалай сыйлықтар ұсынды, сыйлықтың мөлшері проблеманың қиындығына байланысты болды. Мыңжылдық соңы, сонымен қатар Хилберт өзінің проблемаларын жариялағанына 100 жыл толуы, «Хилберт проблемаларының жаңа жиынтығын» ұсынуға ыңғайлы жағдай жасады. Бірнеше математик бұл шақыруды қабылдады, әсіресе Филдс медалінің иегері Стив Смейл, Владимир Арнольдтың 18 проблемадан тұратын тізім ұсыну туралы өтінішіне жауап берді. Көпшілік ақпарат құралдарында Хилберт проблемаларының 21-шы ғасырдағы аналогы – 2000 жылы Клей математикалық институты таңдаған жеті Мыңжылдық сыйлық проблемасының тізімі болып саналады. Хилберт проблемаларынан айырмашылығы, онда басты марапат Хилберттің және жалпы математиктердің құрметі болса, әр сыйлық проблемасына миллион доллар сыйлық қарастырылған. Хилберт проблемалары сияқты, сыйлық проблемаларының бірі (Пуанкаре болжамы) проблемалар жарияланғаннан кейін салыстырмалы түрде жылдам шешілді. Риман гипотезасы Хилберт проблемаларының тізіміне, Смейл тізіміне, Мыңжылдық сыйлық проблемаларының тізіміне және тіпті Вейль болжамына (геометриялық түрінде) енгенімен ерекшеленеді. Оған бүгінгі таңдағы белгілі математиктер қарсы тұрғанына қарамастан, көптеген сарапшылар оның көптеген ғасырлар бойы шешілмейтін проблемалар тізімінде қала беретініне сенімді. Хилберт өзі былай деді: «Егер мен мың жыл ұйықтағаннан кейін оянсам, менің алғашқы сұрағым: Риман гипотезасы дәлелденді ме?» 2008 жылы DARPA өзінің 23 проблемасынан тұратын тізімін жариялады, олардың математикалық жаңалықтарға әкелуі және «осылайша Қорғаныс министрлігінің ғылыми және технологиялық қабілеттерін күшейтуі» үміті болды. DARPA тізімі Хилберт тізімінен де бірнеше проблемаларды қамтиды, мысалы, Риман гипотезасы.

Қорытынды

Гильберттің нақты формулировкаланған проблемаларының 3, 7, 10, 14, 17, 18, 19 және 20-сы математикалық қауымдастықтың жалпы пікірімен қабылданған шешімдерге ие. Ал 1, 2, 5, 6, 9, 11, 12, 15, 21 және 22-ші проблемалардың шешімдері ішінара қабылданып жүр, бірақ олар проблеманы толық шеше ме деген дау бар. Содан кейін 8 (Риман гипотезасы), 13 және 16 проблемалары әлі шешілмеген, ал 4 және 23 проблемалары шешілген деп айтуға тым бұрыштап. 24-ші проблема алынып тасталғандықтан, осы санатқа жатады. 6-шы проблема математика емес, физика саласындағы проблема деп есептеледі.