Аксиомы, или Три кита геометрии

Обучение - Современная наука

Аксиомой мы называем утверждение, которое в определённых рамках принимаем за истину без доказательств. Именно на таких утверждениях и строится современная геометрия. Вернее сказать, строилась, ведь начала геометрии были заложены уже давно: метод аксиом впервые начинает работать в геометрических Началах Евклида в 3 веке до н.э.

Вначале задаются первичные неопределяемые понятия. Из школьной геометрии вы наверняка помните, что в качестве таких понятий выступают точки, прямые и расстояния от одной точки до другой. Затем формулируются аксиомы – недоказуемые утверждения, которые связывают свойства первичных понятий. К примеру: через любые две точки проходит прямая линия и притом только одна. Таким образом, аксиомы неявно определяют основные понятия. И уже потом следуют теоремы, которые доказываются по правилам логики на основании принятых аксиом.

На основе всего этого может сложиться ошибочное мнение, что геометрия – оторванная от жизни математическая теория, построенная на каких-то условных соглашениях между математиками. Конечно же, это не так. Аксиомы нужны для того, чтобы было, на чём строить дальнейшие рассуждения и доказывать теоремы. Сами же аксиомы вполне очевидны, имеют опытное происхождение и отражают реальные свойства предметов.

Разные авторы немного по-разному определяли аксиомы и постулаты. Так, для Аристотеля важнейшим свойством аксиом была общепризнанность, для Декарта – очевидность, а для Паскаля – недоказуемость. Я приведу самый распространённый список аксиом Евклидовых Начал:

Равные одному и тому же равны между собой.

Если к равным прибавить равные, то и полученные целые будут равны.

Если от равных отнимаются равные, то и остатки не будут равны.

Если к неравным прибавляются равные, то и целые не будут равны.

Половины одного и того же равны между собой.

Совмещающиеся друг с другом равны между собой.

Целое всегда больше части.

Две прямые не содержат пространства (тут, очевидно, имеется в виду трёхмерное пространство).

От всякой точки до всякой точки можно провести прямую.

Также Евклидовы Начала включают в себя следующие постулаты:

От всякой точки до всякой точки можно провести прямую.

Ограниченную прямую можно непрерывно продолжать по прямой.

Из всякого центра всяким раствором может быть описан круг.

Все прямые углы равны между собой.

Если прямая, пересекающая две прямые, образует внутренние односторонние углы, меньшие двух прямых, то, продолженные неограниченно, эти две прямые встретятся с той стороны, где углы меньше двух прямых.

Как мы видим, это вполне очевидные аксиомы, построенные на опытных наблюдениях. Но мы-то с вами знаем, что «в действительности всё не так, как на самом деле» (как произнёс в своё время Станислав Ежи Лец). И в нашем мозгу возникает мысль: А почему собственно эти самые недоказуемые очевидные аксиомы верны? А может быть, в них кроется неочевидная на первый взгляд, но ошибка?

На основе таких рассуждений была построена геометрия Лобачевского, в которой параллельные прямые вопреки аксиоматике Евклида пересекаются. Неевклидова геометрия сделала огромный прорыв в математике, положив начало методу научного исследования с помощью аксиом, показав, что любое утверждение, пусть даже и очевидное на сегодняшний момент, впоследствии может оказаться неверным.