Введение

Программа в философии математики
В философии математики логицизм — это программа, состоящая из одного или нескольких тезисов о том, что при некотором непротиворечивом понимании термина «логика» математика является расширением логики, некоторая часть или вся математика может быть сведена к логике, или некоторая часть или вся математика может быть представлена в логике. Эта программа была выдвинута Готлобом Фреге, поддержана Бертраном Расселом и Альфредом Нортом Уайтхедом, а впоследствии развита Ричардом Дедекиндом и Джузеппе Пеано.

Обзор

Путь Дедекинда к логицизму имел поворотный момент, когда ему удалось построить модель, удовлетворяющую аксиомам, характеризующим действительные числа, используя определенные множества рациональных чисел. Это и связанные с этим идеи убедили его, что арифметика, алгебра и анализ сводимы к натуральным числам плюс "логика" классов. Кроме того, к 1872 году он пришел к выводу, что сами натуральные числа сводимы к множествам и отображениям. Вероятно, что другие логики, прежде всего Фреге, также руководствовались новыми теориями действительных чисел, опубликованными в 1872 году. Философским импульсом логицистской программы Фреге, начиная с "Оснований арифметики" и далее, была его неудовлетворенность эпистемологическими и онтологическими обязательствами существовавших тогда представлений о натуральных числах и его убеждение, что использование Кантом истин о натуральных числах в качестве примеров синтетических априорных истин было ошибочным. Это положило начало периоду расширения логицизма, с Дедекиндом и Фреге в качестве его главных представителей. Однако этот начальный этап логицистской программы был поставлен под угрозу открытия классических парадоксов теории множеств (Кантор, 1896; Зермело и Рассел, 1900–1901). Фреге отказался от проекта после того, как Рассел обнаружил и сообщил о парадоксе, выявляющем противоречие в системе Фреге, изложенной в "Основах арифметики". Следует отметить, что наивная теория множеств также страдает от этой трудности. С другой стороны, Рассел написал "Принципы математики" в 1903 году, используя парадокс и разработки школы геометрии Джузеппе Пеано. Поскольку он рассматривал вопрос о примитивных понятиях в геометрии и теории множеств, этот текст стал водоразделом в развитии логицизма. Доказательства в пользу логицизма были собраны Расселом и Уайтхедом в их "Principia Mathematica". Сегодня считается, что большая часть существующей математики может быть логически выведена из небольшого числа экстралогических аксиом, таких как аксиомы теории множеств Цермело-Френкеля (или ее расширения ZFC), из которых пока не было выведено никаких противоречий. Таким образом, элементы логицистских программ оказались жизнеспособными, но в процессе теории классов, множеств и отображений, а также логики высшего порядка, отличной от семантики Хенкина, стали рассматриваться как экстралогические по своей природе, отчасти под влиянием более поздних идей Куайна. Теоремы о неполноте Курта Гёделя показывают, что никакая формальная система, из которой могут быть выведены аксиомы Пеано для натуральных чисел – например, системы Рассела в "PM" – не может решить все корректно сформулированные предложения этой системы. Этот результат нанес ущерб программе Давида Гильберта по обоснованию математики, в соответствии с которой "бесконечно большие" теории, такие как "PM", должны были быть доказаны непротиворечивыми на основе конечных теорий, чтобы те, кто испытывал неуверенность в отношении "бесконечно больших методов", могли быть уверены, что их использование не приведет к выводу противоречия. Результат Гёделя предполагает, что для сохранения логицистской позиции, сохраняя при этом как можно больше классической математики, необходимо принять некоторую аксиому бесконечности как часть логики. На первый взгляд, это также наносит ущерб логицистской программе, хотя и только для тех, кто уже сомневается в "бесконечно больших методах". Тем не менее, позиции, вытекающие как из логицизма, так и из гильбертовского финитизма, продолжали выдвигаться после публикации результата Гёделя. Одним из аргументов в пользу того, что программы, основанные на логицизме, остаются действительными, может быть то, что теоремы о неполноте "доказываются логикой, как и любые другие теоремы". Однако этот аргумент, по-видимому, не учитывает различие между теоремами логики первого порядка и теоремами логики высшего порядка. Первые могут быть доказаны с использованием финистических методов, в то время как вторые – как правило – не могут. Теорема Тарского о недефинируемости показывает, что нумерация Гёделя может использоваться для доказательства синтаксических конструкций, но не семантических утверждений. Следовательно, утверждение о том, что логицизм остается действительной программой, может привести к убеждению, что система доказательств, основанная на существовании и свойствах натуральных чисел, менее убедительна, чем система, основанная на какой-либо конкретной формальной системе. Логицизм – особенно благодаря влиянию Фреге на Рассела и Витгенштейна, а позднее на Дюмета – внес значительный вклад в развитие аналитической философии в течение двадцатого века.

Происхождение названия "логизм"

Ивор Граттан Гиннесс утверждает, что французское слово 'Logistique' было "введено Кутуратом и другими на Международном философском конгрессе 1904 года и использовалось Расселом и другими с тех пор в формах, соответствующих различным языкам" (ГГ 2000:501). По всей видимости, первое (и единственное) использование этого слова Расселом встречается в его работе 1919 года: "Расселл несколько раз ссылался на Фреге, представляя его как первого, кому удалось "логицизировать" математику" (с. 7). Помимо неточности (которую Рассел частично исправил, уточнив собственное понимание роли арифметики в математике), этот отрывок примечателен словом, которое он заключил в кавычки. Однако само наличие кавычек говорит о некоторой нерешительности, и Рассел больше никогда не использовал это слово, поэтому термин "логицизм" появился лишь к концу 1920-х годов" (ГГ 2002:434). Примерно в то же время, что и Рудольф Карнап (1929), но, по-видимому, независимо от него, Френкель (1928) использовал это слово: "Он без каких-либо комментариев использовал название "логицизм" для обозначения позиции Уайтхеда и Рассела (в заголовке раздела на с. 244, с объяснением на с. 263)" (ГГ 2002:269). Карнап использовал несколько иное слово – 'Logistik'; Бехман выразил недовольство его использованием в рукописи Карнапа, в связи с чем Карнап предложил термин 'Logizismus', но в итоге остановился на своем первоначальном выборе – 'Logistik' (ГГ 2002:501). В конечном счете, "распространение этого термина было в основном заслугой Карнапа, начиная с 1930 года" (ГГ 2000:502).

Намерение или цель логики

Открытое намерение логицизма – вывести всю математику из символической логики (Фреге, Дедекинд, Пеано, Рассел). В отличие от алгебраической логики (булевой логики), использующей арифметические понятия, символическая логика начинается с крайне ограниченного набора знаков (неарифметических символов), нескольких «логических» аксиом, воплощающих «законы мышления», и правил вывода, определяющих, как эти знаки должны собираться и манипулироваться – например, подстановка и modus ponens (то есть, из [1] A материально влечет B и [2] A следует B). Логицизм также заимствует из работ Фреге редукцию высказываний естественного языка из структуры «субъект|предикат» либо к пропозициональным «атомам», либо к «аргумент|функция» «обобщения» – понятиям «все», «некоторые», «класс» (множество, агрегат) и «отношение». В логицистском выводе натуральных чисел и их свойств не должно «проникать» никакой «интуиции» числа, ни в качестве аксиомы, ни случайно. Цель состоит в том, чтобы вывести всю математику, начиная с натуральных чисел, а затем и действительных чисел, исключительно из выбранных «законов мышления», без каких-либо неявных предположений о «до» и «после» или «меньше» и «больше», вплоть до понятий «последователь» и «предшественник». Гёдель в 1944 году резюмировал логицистские «конструкции» Рассела, сравнивая их с «конструкциями» в фундаментальных системах интуиционизма и формализма («гильбертовская школа»), следующим образом: «Обе эти школы основывают свои построения на математической интуиции, избежание которой является одной из главных целей конструктивизма Рассела» (Гёдель 1944 в Собрании сочинений 1990:119).

Эпистемология, онтология и логики

Эпистемологии Дедекинда и Фреге представляются менее четко определенными, чем у Рассела, но оба, по-видимому, принимают априори обычные «законы мысли» относительно простых суждений (обычно убеждений); эти законы были бы достаточны сами по себе, если бы дополнялись теорией классов и отношений (например, x R y) между индивидами x и y, связанных обобщением R. Аргумент Дедекинда начинается с «1. В дальнейшем под вещью я понимаю каждый объект нашего мышления»; мы, люди, используем символы для обсуждения этих «вещей» нашего разума; «Вещь полностью определяется всем, что может быть утверждено или помыслено о ней» (с. 44). В последующем абзаце Дедекинд обсуждает, что такое «система S: это агрегат, многообразие, совокупность связанных элементов (вещей) a, b, c»; он утверждает, что «такая система S, как объект нашего мышления, также является вещью (1); она полностью определяется, когда в отношении каждой вещи определяется, является ли она элементом S или нет» (с. 45, курсивом выделено). * указывает на сноску, где он заявляет: «Кронекер не так давно (Crelle's Journal, Vol. 99, стр. 334–336) пытался наложить определенные ограничения на свободное формирование понятий в математике, которые, по моему мнению, не оправданы» (с. 45). Действительно, он ожидает, что Кронекер «опубликует свои доводы в пользу необходимости или, по крайней мере, целесообразности этих ограничений» (с. 45). Кронекер, известный своим утверждением, что «Бог создал целые числа, все остальное – дело рук человека», имел своих противников, среди которых был и Гильберт. Гильберт назвал Кронекера «догматиком, поскольку он принимает целое число с его существенными свойствами как догму и не оглядывается назад» и приравнял его крайнюю конструктивистскую позицию к интуиционизму Брауэра, обвиняя обоих в «субъективизме»: «Одна из задач науки – освободить нас от произвола, чувства и привычки и защитить нас от субъективизма, который уже проявился во взглядах Кронекера и, как мне кажется, достигает кульминации в интуиционизме». Затем Гильберт заявляет, что «математика – это наука без предпосылок. Для ее основания мне не нужен Бог, как Кронекеру…» (с. 479). Реализм Рассела служил ему противоядием от британского идеализма, с элементами, заимствованными из европейского рационализма и британского эмпиризма. Прежде всего, «Рассел был реалистом по двум ключевым вопросам: универсалиям и материальным объектам» (Рассел, 1912: xi). Для Рассела столы – это реальные вещи, существующие независимо от Рассела-наблюдателя. Рационализм внес понятие априорного знания, а эмпиризм – роль эмпирического знания (индукции из опыта). Рассел приписывает Канту идею «априорного» знания, но он выдвигает возражение, которое считает «фатальным»: «Факты [мира] всегда должны соответствовать логике и арифметике. Утверждать, что логика и арифметика вносятся нами, не объясняет этого» (1912: 87); Рассел заключает, что априорное знание, которым мы обладаем, «относится к вещам, а не только к мыслям» (1912: 89). И в этом эпистемология Рассела, кажется, отличается от веры Дедекинда в то, что «числа являются свободными творениями человеческого разума» (Дедекинд, 1887: 31). Но его эпистемология относительно врожденного (он предпочитает слово «априорное», когда оно применяется к логическим принципам, см. 1912: 74) сложна. Он бы решительно и однозначно выразил поддержку платоническим «универсалиям» (ср. 1912: 91–118) и пришел к выводу, что истина и ложь «существуют вне нас»; умы создают убеждения, и то, что делает убеждение истинным, – это факт, «и этот факт не (за исключением исключительных случаев) включает в себя ум человека, который имеет это убеждение» (1912: 130). Откуда Рассел почерпнул эти эпистемические понятия? Он рассказывает нам в предисловии к своим «Принципам математики» 1903 года. Обратите внимание, что он утверждает: вера «Эмили – кролик» не существует, и все же истинность этого несуществующего утверждения не зависит от какого-либо знающего ума; если Эмили действительно кролик, то факт этой истины существует, независимо от того, жив Рассел или любой другой ум, и отношение Эмили к кроличьей сущности является «окончательным»: «По фундаментальным вопросам философии моя позиция, во всех ее главных чертах, происходит от г-на Г. Э. Мура. Я принял от него неэкзистенциальную природу предложений (за исключением тех, которые утверждают существование) и их независимость от любого знающего разума; также плюрализм, который рассматривает мир, как существующий, так и сущности, как состоящий из бесконечного числа взаимно независимых сущностей, с отношениями, которые являются окончательными и не сводятся к прилагательным их терминов или целого, которое они составляют… Доктрины, только что упомянутые, по моему мнению, совершенно необходимы для любой даже в достаточной степени удовлетворительной философии математики, как я надеюсь показать на следующих страницах… Формально мои посылки просто предполагаются; но тот факт, что они позволяют математике быть истинной, что большинство современных философий не делают, безусловно, является мощным аргументом в их пользу» (Предисловие, 1903: viii).

В 1902 году Рассел обнаружил «порочный круг» (парадокс Рассела) в «Grundgesetze der Arithmetik» Фреге, вытекающий из Основного закона V Фреге, и он был полон решимости не повторить это в своих «Принципах математики» 1903 года. В двух приложениях, добавленных в последнюю минуту, он посвятил 28 страниц как подробному анализу теории Фреге в контрасте со своей собственной, так и исправлению парадокса. Но он не был оптимистичен по поводу результата: «В случае классов, должен признаться, я не смог обнаружить концепцию, удовлетворяющую условиям, необходимым для понятия класса. И противоречие, обсуждаемое в главе x, доказывает, что что-то не так, но что именно, я до сих пор не смог обнаружить» (Предисловие к Расселу, 1903: vi).

Гёдель в 1944 году не согласился бы с молодым Расселом 1903 года («мои посылки позволяют математике быть истинной»), но, вероятно, согласился бы с цитатой Рассела выше («что-то не так»); теория Рассела не смогла прийти к удовлетворительному основанию математики: результат был «по существу отрицательным; то есть классы и понятия, введенные таким образом, не обладают всеми свойствами, необходимыми для использования математики» (Гёдель, 1944: 132). Как Рассел оказался в этой ситуации? Гёдель отмечает, что Рассел – удивительный «реалист» с изюминкой: он цитирует Рассела, 1919: 169: «Логика имеет отношение к реальному миру точно так же, как зоология» (Гёдель, 1944: 120). Но он отмечает, что «когда он приступал к конкретной проблеме, объекты, подлежащие анализу (например, классы или предложения), вскоре в основном превращались в «логические фикции». [что означает] только то, что у нас нет непосредственного восприятия их» (Гёдель, 1944: 120).

В наблюдении, относящемся к логицизму Рассела, Перри отмечает, что Рассел прошел через три фазы реализма: крайнюю, умеренную и конструктивистскую (Перри, 1997: xxv). В 1903 году он находился в своей крайней фазе; к 1905 году он перешел в умеренную фазу. Через несколько лет он «откажется от физических или материальных объектов как от основных элементов мироздания. Он попытается сконструировать их из чувственных данных» в своей следующей книге «Наше знание о внешнем мире» [1914]» (Перри, 1997: xxvi). Эти конструкции, которые Гёдель 1944 года назвал бы «номиналистическим конструктивизмом – который лучше назвать фикционализмом», произошли из «более радикальной идеи Рассела, теории отсутствия классов» (с. 125): «согласно которой классы или понятия никогда не существуют как реальные объекты, и предложения, содержащие эти термины, имеют смысл только в той мере, в какой их можно интерпретировать как способ говорить о других вещах» (с. 125). См. больше в разделах «Критика» ниже.

Пример логической конструкции натуральных чисел: конструкция Рассела в Principia

Логицизм Фреге и Дедекинда схож с логицизмом Рассела, но отличается в деталях (см. Критику, ниже). В целом, логистические выводы натуральных чисел отличаются от выводов, основанных, например, на аксиомах Зермело для теории множеств («Z»). В то время как в выводах из Z одно из определений «числа» использует аксиому этой системы – аксиому пар – которая приводит к определению «упорядоченной пары», в различных логистических аксиоматических системах, позволяющих вывести натуральные числа, нет явной аксиомы числа. Следует отметить, что аксиомы, необходимые для вывода определения числа, могут различаться в разных аксиоматических системах теории множеств. Например, в ZF и ZFC аксиома пар, а следовательно, и понятие упорядоченной пары, выводятся из аксиомы бесконечности и аксиомы замены и требуются в определении чисел фон Неймана (но не чисел Зермело), тогда как в NFU числительные Фреге могут быть получены аналогичным образом, как и их вывод в «Grundgesetze». «Principia», как и ее предшественник «Grundgesetze», начинает построение чисел с примитивных пропозиций, таких как «класс», «пропозициональная функция» и, в частности, отношения «сходства» («эквинумеро́зность»: установление соответствия один к одному между элементами коллекций) и «порядка» (используя отношение «последующий», чтобы упорядочить коллекции эквинумеро́зных классов). Логистический вывод приравнивает кардинальные числа, построенные таким образом, к натуральным числам, и эти числа оказываются все одного «типа» – как классы классов, – в то время как в некоторых конструкциях теории множеств – например, в числах фон Неймана и числах Зермело – каждое число имеет своего предшественника в качестве подмножества. Клини отмечает следующее. (Предположения Клини (1) и (2) утверждают, что 0 обладает свойством P, и n+1 обладает свойством P, если n обладает свойством P.) «Точка зрения здесь существенно отличается от максимы [Кронекера] о том, что «Бог создал целые числа», дополненной аксиомами Пеано о числе и математической индукции, где мы исходили из интуитивного представления о последовательности натуральных чисел и выводили из него принцип, согласно которому, если дано конкретное свойство P натуральных чисел, удовлетворяющее условиям (1) и (2), то любое заданное натуральное число должно обладать этим свойством P» (Клини 1952:44). Значение построения натуральных чисел для логицистской программы проистекает из утверждения Рассела: «Тот факт, что вся традиционная чистая математика может быть выведена из натуральных чисел, является относительно недавним открытием, хотя это давно подозревалось» (1919:4). Один из выводов действительных чисел основан на теории дедекиндовых разрезов рациональных чисел, которые, в свою очередь, выводятся из натуральных. Хотя пример того, как это делается, полезен, он в первую очередь опирается на вывод натуральных чисел. Следовательно, если в логистическом выводе натуральных чисел возникнут философские трудности, этих проблем должно быть достаточно, чтобы остановить программу до их разрешения (см. Критику, ниже). Одна из попыток построения натуральных чисел была обобщена Бернайсом в 1930–1931 годах. Но вместо того, чтобы использовать краткое изложение Бернайса, которое неполно в некоторых деталях, ниже приводится попытка перефразировать конструкцию Рассела, включив некоторые конечные иллюстрации:

Предварительные

Для Рассела коллекции (классы) – это совокупности "вещей", определяемых собственными именами, которые возникают в результате предложений (утверждений факта о вещи или вещах). Рассел проанализировал это общее понятие. Он начинает с "терминов" в предложениях, которые он анализирует следующим образом: Для Рассела "термины" – это либо "вещи", либо "концепции": "Всё, что может быть объектом мысли, или может встречаться в любом истинном или ложном предложении, или может считаться единым, я называю термином. Это, следовательно, самое широкое слово в философском словаре. Я буду использовать в качестве синонимов слова "единица", "индивидуум" и "сущность". Первые два подчеркивают тот факт, что каждый термин является одним, в то время как третий выводится из того факта, что каждый термин имеет бытие, то есть в некотором смысле существует. Человек, мгновение, число, класс, отношение, химера или что-либо другое, что можно упомянуть, несомненно является термином; и отрицать, что такая-то вещь является термином, всегда будет ложным" (Рассел 1903:43). "Среди терминов можно различить два вида, которые я буду называть соответственно вещами и концепциями; первые – это термины, обозначенные собственными именами, последние – обозначенные всеми другими словами. Среди концепций, опять же, следует различать по крайней мере два вида, а именно те, которые обозначаются прилагательными, и те, которые обозначаются глаголами" (1903:44). "Первый вид часто называют предикатами или классовыми концепциями; последний всегда или почти всегда является отношением" (1903:44). "Я буду говорить о терминах предложения как о тех терминах, какими бы многочисленными они ни были, которые встречаются в предложении и могут рассматриваться как предметы, о которых идет речь в предложении. Характерно для терминов предложения то, что любой из них может быть заменен любым другим объектом, не переставая быть предложением. Таким образом, мы скажем, что "Сократ – человек" – это предложение, имеющее только один термин; из оставшихся компонентов предложения, один – это глагол, другой – предикат. Предикаты, таким образом, являются концепциями, отличными от глаголов, которые встречаются в предложениях, имеющих только один термин или субъект" (1903:45).

Предположим, кто-то указывает на объект и говорит: "Этот предмет передо мной, названный 'Эмили', – это женщина". Это предложение, выражение веры говорящего, которое должно быть проверено на соответствие "фактам" внешнего мира: "Разум не создает истину или ложь. Он создает убеждения. То, что делает убеждение истинным, – это факт, и этот факт не (за исключением исключительных случаев) каким-либо образом включает в себя разум человека, который придерживается этого убеждения" (1912:130). Если в результате исследования высказывания и его соответствия "факту" Рассел обнаруживает, что Эмили – кролик, то его высказывание считается "ложным"; если Эмили – женщина (женщина – "без перьев и на двух ногах", как Рассел любит называть людей, следуя анекдоту Диогена Лаэртского о Платоне), то его высказывание считается "истинным". "Класс, в отличие от концепции класса, является суммой или соединением всех терминов, обладающих данным предикатом" (1903, с. 55). Классы могут быть определены расширением (перечислением их членов) или интенсией, то есть "предложенческой функцией", такой как "x – это u" или "x – это v". Но "если мы берем чистое расширение, наш класс определяется перечислением его терминов, и этот метод не позволит нам иметь дело, как это делает символическая логика, с бесконечными классами. Таким образом, наши классы должны рассматриваться как объекты, обозначаемые концепциями, и в этой степени точка зрения интенции необходима" (1909, с. 66).

"Характерной чертой концепции класса, в отличие от терминов в целом, является то, что "x – это u" является предложенческой функцией тогда и только тогда, когда u – это концепция класса" (1903:56).

"71. Класс может быть определен либо экстенсионально, либо интенсионально. То есть мы можем определить, какой вид объекта является классом, или какой вид концепции обозначает класс: в этом контексте именно в этом смысле противопоставляются расширение и интенсия. Но хотя общее понятие может быть определено таким образом, отдельные классы, за исключением случаев, когда они конечны, могут быть определены только интенсионально, то есть как объекты, обозначаемые такими-то концепциями. Логически экстенсиональное определение представляется одинаково применимым к бесконечным классам, но практически, если бы мы попытались это сделать, смерть прервала бы наши похвальные усилия до достижения цели" (1903:69).