Кіріспе
Математика философиясында конструктивизм математикалық объектінің нақты бір мысалын табу (немесе "құру") математикалық объектінің бар екенін дәлелдеу үшін қажет деп тұжырымдайды. Ал классикалық математикада математикалық объектінің бар екендігін оны нақты "табуды" қажет етпей, оның жоқ екенін болжай отырып, содан кейін осы болжамнан қайшылық тудыру арқылы дәлелдеуге болады. Мұндай қайшылық арқылы дәлелдеу конструктивті емес деп аталуы мүмкін, және конструктивист оны қабылдамауы мүмкін. Конструктивті көзқарас экзистенциалдық квантордың классикалық интерпретациясына қайшы келетін, тексеруге болатын интерпретациясын қамтиды. Конструктивизмнің көптеген түрлері бар. Оларға Брауэр негізін салған интуиционизм бағдарламасы, Гилберт пен Бернейдің финитизмі, Шанин мен Марковтың конструктивті рекурсивті математикасы және Бишоптың конструктивті анализ бағдарламасы кіреді. Конструктивизмге сондай-ақ CZF және топос теориясы сияқты конструктивті жиын теорияларын зерттеу де кіреді. Конструктивизм көбінесе интуиционизммен теңестіріледі, бірақ интуиционизм – конструктивтік бағдарламалардың тек біреуі ғана. Интуиционизм математиканың негізі жеке математиктің интуициясында жатыр деп санайды, осылайша математиканы ішкі субъективті қызметке айналдырады. Конструктивизмнің басқа түрлері осы интуициялық көзқарасқа негізделмейді және математикаға қатысты объективті көзқараспен үйлесімді.
In the philosophy of mathematics, constructivism asserts that it is necessary to find (or "construct") a specific example of a mathematical object in order to prove that an example exists. Contrastingly, in classical mathematics, one can prove the existence of a mathematical object without "finding" that object explicitly, by assuming its non existence and then deriving a contradiction from that assumption. Such a proof by contradiction might be called non constructive, and a constructivist might reject it. The constructive viewpoint involves a verificational interpretation of the existential quantifier, which is at odds with its classical interpretation. There are many forms of constructivism. These include the program of intuitionism founded by Brouwer, the finitism of Hilbert and Bernays, the constructive recursive mathematics of Shanin and Markov, and Bishop's program of constructive analysis. Constructivism also includes the study of constructive set theories such as CZF and the study of topos theory. Constructivism is often identified with intuitionism, although intuitionism is only one constructivist program. Intuitionism maintains that the foundations of mathematics lie in the individual mathematician's intuition, thereby making mathematics into an intrinsically subjective activity. Other forms of constructivism are not based on this viewpoint of intuition, and are compatible with an objective viewpoint on mathematics.
Конструктивті математика
Көптеген конструктивті математика интуициялық логиканы қолданады, бұл классикалық логиканың негізінен ортаңғы жоққа шығару заңынан айырылған түрі. Бұл заңға сәйкес, кез келген пікір үшін, бұл пікір дұрыс немесе оның жоқтығы дұрыс болады. Бұл ортаңғы жоққа шығару заңының толығымен жоққа шығарылғанын білдірмейді; заңның жеке жағдайларын дәлелдеуге болады. Бірақ жалпы заң аксиома ретінде қабылданбайды. Қайшылыққа қарсы заң (қайшылықты мәлімдемелер бір уақытта шын бола алмайды) әлі де қолданылады. Мысалы, Хейтинг арифметикасында, сандық анықтауыштар жоқ кез келген p пікірі теорема екенін дәлелдеуге болады (мұнда x, y, z – p пікіріндегі еркін айнымалылар). Осы мағынада, шектіге шектелген пікірлер классикалық математикадағыдай дұрыс немесе жалған деп есептеледі, бірақ бұл екі мәнділік шексіз жинақтарға сілтеме жасайтын пікірлерге қолданылмайды. Шындығында, интуиционизм мектебінің негізін қалаушы Л.Е.Й. Брауэр ортаңғы жоққа шығару заңын шекті тәжірибеден абстракцияланған деп қарастырды, содан кейін оны негізсіз шексізге қолданды. Мысалы, Гольдбахтың болжамы – 2-ден үлкен кез келген жұп сан екі жай санның қосындысы деген тұжырым. Кез келген нақты жұп санның екі жай санның қосындысы екенін тексеруге болады (мысалы, толық іздеу арқылы), сондықтан олардың әрқайсысы екі жай санның қосындысы болады немесе болмайды. Соңғы кезде сыналған әр сан шындығында екі жай санның қосындысы болды. Бірақ олардың барлығы солай екенін дәлелдейтін ешқандай дәлел жоқ, сондай-ақ олардың барлығы солай емес екенін дәлелдейтін ешқандай дәлел жоқ; Гольдбахтың болжамын дәлелдеу немесе жоққа шығару қажет пе, жоқ па, ол туралы да белгілі емес (дәстүрлі ZF жиын теориясында болжам шешілмейтін болуы мүмкін). Осылайша, Брауэрдің пікірінше, «Гольдбахтың болжамы дұрыс па, жоқ па» деп мәлімдеуге біздің құқығымыз жоқ. Бұл болжам бір күні шешілсе де, бұл аргумент ұқсас шешілмеген мәселелерге де қатысты. Брауэр үшін ортаңғы жоққа шығару заңы – әрбір математикалық мәселенің шешімі бар дегенге тең. Аксиома ретінде ортаңғы жоққа шығару заңын жою арқысымен, қалған логикалық жүйе классикалық логикада жоқ болмыс қасиетіне ие: егер жағдай конструктивті түрде дәлелденсе, онда шындығында (кем дегенде) бір нақты жағдай үшін конструктивті түрде дәлелденеді, көбінесе куә деп аталады. Осылайша, математикалық объектінің бар екенін дәлелдеу оның құрылу мүмкіндігімен байланысты.
Кардиналдылығы
Жоғарыдағы алгоритмдік интерпретацияны қабылдау классикалық кардиналдық ұғымдармен қайшы келеді. Алгоритмдерді тізімдеу арқылы есептеуге болатын сандар классикалық түрде саналатынын көрсетуге болады. Дегенмен, Кантордың диагональдық аргументі нақты сандардың санала алмайтын кардиналдығы бар екенін көрсетеді. Сондықтан нақты сандарды есептеуге болатын сандармен теңестіру қайшылыққа әкелер еді. Бұдан әрі, диагональдық аргумент толыққанды конструктивті болып көрінеді. Шындығында, Кантордың диагональдық аргументін конструктивті түрде ұсынуға болады, яғни, егер табиғи сандар мен нақты сандар арасында биекция берілсе, онда функциялар жиымына жатпайтын нақты санды құрастырып, осылайша қайшылықты дәлелдеуге болады. Т функциясын құру үшін алгоритмдерді тізімдеуге болады, ал бастапқыда ол табиғи сандардан нақты сандарға функция деп есептеледі. Бірақ, әр алгоритмге нақты сан сәйкес келуі мүмкін немесе келмеуі мүмкін, себебі алгоритм шектеулерді қанағаттандырмауы немесе тіпті тоқтамауы мүмкін (Т – ішінара функция), сондықтан қажетті биекцияны жасау мүмкін болмайды. Қысқасы, нақты сандардың (жеке-жеке) тиімді есептелетінін мойындайтындар Кантордың нәтижесін нақты сандардың (жинақта) рекурсивті тізімделемейтінін көрсету ретінде қарастырады. Дегенмен, Т нақты сандарға табиғи сандардан ішінара функция болғандықтан, нақты сандар саналатыннан аспайды деп күтуге болады. Сонымен қатар, әрбір табиғи санды нақты сан ретінде тривиальды түрде көрсетуге болады, сондықтан нақты сандар саналатыннан кем емес. Осылайша, олар дәл саналатын. Алайда, бұл ойлау конструктивті емес, өйткені ол әлі де қажетті биекцияны құрамайды. Мұндай жағдайларда биекцияның бар екенін дәлелдейтін классикалық теорема, атап айтқанда Кантор–Бернштейн–Шрёдер теоремасы, конструктивті емес. Жақында Кантор–Бернштейн–Шрёдер теоремасы шығарылған орта заңын білдіретіндігі көрсетілді, сондықтан теореманың конструктивті дәлелі болуы мүмкін емес.
Таңдау аксиомасы
Конструктивистік математикадағы таңдау аксиомасының мәртебесі әртүрлі конструктивистік бағдарламалардың әртүрлі көзқарастарымен күрделенеді. Математиктердің бейресми қолданысында "конструктивті" дегеннің бір қарапайым мағынасы – "таңдау аксиомасы қолданылмайтын ZF жиындар теориясында дәлелделуге болады". Дегенмен, конструктивті математиканың шектеулі формаларын жақтаушылар ZF-тің өзі конструктивті жүйе емес деп санайды. Типтер теориясының интуиционистік теорияларында (әсіресе жоғары типтегі арифметикада) таңдау аксиомасының көптеген түрлеріне рұқсат беріледі. Мысалы, AC11 аксиомасын мынадайша түсіндіруге болады: нақты сандар жиынындағы кез келген R қатынасы үшін, егер әрбір нақты сан x үшін R(x,y) шартын қанағаттандыратын нақты сан y бар екенін дәлелдесеңіз, онда барлық нақты сандар үшін R(x,F(x)) шартын қанағаттандыратын F функциясы бар. Барлық шекті типтер үшін ұқсас таңдау принциптері қабылданады. Бұл көрінеу конструктивті емес принциптерді қабылдаудың себебі – "әрбір нақты сан x үшін R(x,y) шартын қанағаттандыратын нақты сан y бар" деген дәлелдің интуиционистік түсінігі. BHK интерпретациясына сәйкес, мұндай дәлелдің өзі негізінен ізделіп отырған F функциясы болып табылады. Интуиционистер қабылдайтын таңдау принциптері орталықты жоққа шығару заңына әкелмейді. Алайда, конструктивті жиын теориясы үшін кейбір аксиомалық жүйелерде таңдау аксиомасы, Диаконеску-Гудман-Михилл теоремасы көрсеткендей, басқа аксиомалардың қатысуымен орталықты жоққа шығару заңын білдіреді. Кейбір конструктивті жиын теориялары таңдау аксиомасының әлсіз формаларын қамтиды, мысалы, Майхиллдің жиын теориясындағы тәуелді таңдау аксиомасы.
Өлшем теориясы
Классикалық өлшем теориясы негізінен конструктивті емес, себебі Лебег өлшемінің классикалық анықтамасы жиынның өлшемін немесе функцияның интегралын есептеудің қандай да бір жолын сипаттамайды. Шындығында, егер функцияны "нақты санды қабылдап, нақты санды шығаратын" ереже ретінде қарастырсақ, онда функцияның интегралын есептеуге арналған алгоритм болуы мүмкін емес, өйткені кез келген алгоритм бір уақытта функцияның тек шектеулі мәндерін ғана қолдана алады, ал шектеулі мәндер кез келген маңызды дәлдікпен интегралды есептеу үшін жеткіліксіз. Бұл мәселенің шешімі, алғаш рет орындалған, үздіксіз функциялардың нүктелік лиміті түрінде (белгілі тоқтамалық модулімен) жазылған функцияларды және конвергенция жылдамдығы туралы ақпаратты қарастыру болып табылады. Өлшем теориясын конструктивтендірудің артықшылығы – егер жиынның толық өлшемде конструктивті екенін дәлелдеу мүмкін болса, онда сол жиыннан бір нүкте табуға арналған алгоритм бар (қайта қараңыз). Мысалы, бұл тәсілді кез келген негізде қалыпты болатын нақты санды құру үшін пайдалануға болады.
Конструктивизмнің математикадағы орны
Дәстүрлі түрде, кейбір математиктер математикалық конструктивизмге күдікпен қараған, тіпті оған қарсы болған, көбінесе олардың пікірінше, ол конструктивистік талдау үшін шектеулер тудыратын болғандықтан. Бұл көзқарастарды Дэвид Гилберт 1928 жылы «Математика негіздері» еңбегінде күшпен жеткізген: «Математиктен шығарылған орталық қағиданы алу – астрономнан телескопты немесе боксшыдан жұдырықтарын алып қоюмен тең болар еді». Эретт Бишоп 1967 жылғы «Конструктивті талдау негіздері» атты жұмысында осы қорқыныштарды сейілту үшін конструктивті негізде дәстүрлі талдаудың көп бөлігін дамытумен айналысты. Көптеген математиктер конструктивистердің конструктивті әдістерге негізделген математика ғана дұрыс деген тұжырымын қабылдамаса да, конструктивті әдістер идеологиялық емес себептермен де қызығушылық тудырады. Мысалы, талдаудағы конструктивті дәлелдемелер куәгерлерді табуға кепілдік бере алады, сондықтан конструктивті әдістердің шектеулерінде жұмыс істеу теорияларға куәгерлер табуды классикалық әдістерді қолданудан гөрі жеңілдетеді. Конструктивті математиканың қолданылу аясы типтелген лямбда-есептеулер, топос теориясы және категориялық логикада да табылды, бұл негізгі математика мен компьютерлік ғылымның маңызды салалары болып табылады. Алгебрада, топостар және Хопф алгебралары сияқты объектілер үшін құрылым конструктивті теория болып табылатын ішкі тілді қолдайды; осы тілдің шектеулерінде жұмыс істеу көбінесе мүмкін нақты алгебралар мен олардың гомоморфизмдер жиынтығы туралы ойлау сияқты сыртқы жұмыс істеуден гөрі интуитивті және икемді болады. Физик Ли Смолин «Кванттық гравитацияға үш жол» еңбегінде топос теориясын «космология үшін дұрыс логикалық форма» (30-бет) деп жазады және «Оның алғашқы формаларында ол «интуициялық логика» (31-бет) деп аталды». «Осы логика бойынша, бақылаушының ғалам туралы айта алатын мәлімдемелер кем дегенде үш топқа бөлінеді: біз шын деп бағалай алатын, жалған деп бағалай алатын және қазіргі уақытта оның шындығын анықтай алмайтын» (28-бет).