Особенности современного аксиоматического подхода

В настоящее время аксиоматический подход понимается как «способ построения научной теории, при котором в основу теории кладутся некоторые исходные положения, называемые аксиомами теории, а все остальные предложения получаются как логические следствия аксиом» [21 с 45].

Аксиоматический метод зародился в работах древнегреческих геометров. Блестящим образцом применения аксиоматического метода вплоть до 19 в. была геометрическая система известная под названием «Начала» Евклида (ок. 300 до н.э.). Во времена Евклида не вставал еще вопрос об описании логических средств, применяемых для извлечения содержательных следствий из аксиом, в системе Евклида уже достаточно четко проведена идея получения всего основного содержания геометрической теории только дедуктивным путем из некоторого относительно небольшого числа утверждений - аксиом, истинность которых представлялась наглядно очевидной [21].

В работах Евклида пятая аксиома о параллельности прямых была сформулирована как теорема: предположим, что есть прямая  и точка , не лежащая на этой прямой. Опустим перпендикуляр из точки А на прямую . Всякая прямая пересекающая этот перпендикуляр в точке  под не прямым углом , пересекает прямую . Имея такую аксиому Евклид доказывает теорему, что если , то две прямые параллельны. Так как угол равный 90 единственный, то и прямая параллельная данной - одна.

После доказательства эквивалентности пятой аксиомы и теоремы о параллельности двух прямых, стали пользоваться формулировкой теоремы как аксиомой. Но, даже в такой формулировке математики не верили в незыблемость пятой аксиомы. Показав, что следствия, полученные из отрицания пятой аксиомы и всех теорем, выводимых на ее основе, не противоречивы, Лобачевский тем самым показал независимость пятой аксиомы.

Открытие в нач. 19 в. неевклидовой геометрии Н. И. Лобачевским и Я. Больяи явилось толчком к дальнейшему развитию аксиоматического метода. Они установили, что, заменив привычный, и, казалось бы, единственный «объективно истинный» V постулат Евклида о параллельных прямых, его отрицанием, можно развить чисто логическим путем геометрическую теорию, столь же стройную и богатую содержанием, как и геометрия Евклида. Этот факт заставил математиков 19 в. обратить особое внимание на дедуктивный способ построения математических теорий, что повлекло за собой возникновение связанной с самим понятием аксиоматического метода и формальной (аксиоматической) математической теории новой проблематики, на основе которой выросла теория доказательств как основной раздел современной математической логики.

Понимание необходимости обоснования математики и конкретные задачи в этой области зародились в более менее отчетливой форме уже в 19 веке. Уточнение основных понятий анализа и сведение более сложных (хотя и более очевидных интуитивно) понятий к простейшим логическим схемам, а также открытие неевклидовых геометрий, стимулировало оформление требований к любой системе аксиом.

Эти требования включают в себя полноту (возможность вывести из системы аксиом всё содержание теории), непротиворечивость (отсутствие в теории утверждений, выводимых из аксиом и противоречащих друг другу) и независимость (невозможность вывести какую-либо аксиому из других аксиом этой теории).

Первые результаты в этой области принес метод интерпретаций. Данный метод заключается в следующем: пусть каждому исходному понятию и отношению данной аксиоматической теории T поставлен в соответствие некоторый конкретный математический объект. Совокупность таких объектов называется полем интерпретации. Всякому утверждению  теории T естественным образом ставиться в соответствие некоторое высказывание  об элементах поля интерпретации, которое может быть истинным или ложным. Тогда говорят, что утверждение  теории T составлено истинно или ложно в данной интерпретации. Поле интерпретации и его свойство обычно сами являются объектом рассмотрения какой - либо математической теории T , которая, также, может быть аксиоматической.

Слабая сторона метода интерпретаций состоит в то, что в вопросах непротиворечивости и независимости систем аксиом он дает возможность получить только результаты, носящие относительный характер. Важным достижением этого метода стало выявление особой роли арифметики как такой математической теории, к вопросу о непротиворечивости которой сводится аналогичный вопрос для целого ряда других теорий.

Дальнейшее развитие аксиоматический метод получил в работах Д. Гильберта и его школы. В рамках этого направления было выработано дальнейшее уточнение понятия аксиоматической теории, а именно понятие формальной системы. В результате этого уточнения оказалось возможным представить сами математические теории как точные математические объекты и строить их общую теорию, или метатеорию, таких теорий. При этом соблазнительной представлялась перспектива решить на этом пути главные вопросы обоснования математики. Всякая формальная система строится как точно очерченный класс выражений - формул, в котором некоторым точным образом выявляется подкласс формул, называемых теоремами данной формальной системы. При этом формулы формальной системы не несут в себе никакого содержательного смысла; их можно строить из произвольных знаков или элементарных символов, руководствуясь только соображениями технического удобства. На самом деле, способ построения формул и понятия теоремы, той или иной формальной системы, выбираются с таким расчетом, чтобы весь этот формальный аппарат можно было применить для возможно более адекватного и полного выражения той или иной конкретной математической (или не математической) теории. Всякую конкретную математическую теорию T перевести на язык подходящей формальной системы S таким образом, что каждое осмысленное (ложное или истинное) предложение теории T выражается некоторой формальной системы S [21]. Такой метод построения теории, Гильберт назвал методом формализации.

После этого открытия Гильберта естественно было надеяться, что метод формализации позволит строить все содержание математической теории на такой точной, и, казалось бы, надежной основе, как понятие выводимой формулы (теоремы формальной системы), а принципиальные вопросы типа проблемы непротиворечивости математической теории решать в форме доказательств соответствующих утверждений.

Однако исследование К. Геделя в начале 30-х гг. 20 в. привели к краху основных надежд. Гедель показал следующее:

1. всякая естественная непротиворечивая формализация S арифметики или любой другой математической теории, содержащей арифметику, не полна и непополнима;

2. если формализованная арифметика в действительности не противоречива, то, хотя утверждение о ее непротиворечивости выразимо на ее собственном языке, доказательство этого утверждения провести невозможно средствами, формализуемыми в ней самой. [21]

Это означает, что уже для арифметики принципиально не возможно исчерпать весь объем ее содержательно истинных суждений классом выводимых формул, какой - бы то ни было формальной системы и что нет никакой надежды получить доказательство непротиворечивости арифметики.