Теория: Парадоксы

И в работе, и в обычной жизни мы постоянно сталкиваемся с парадоксами — утверждениями, которые кажутся абсолютно логичными, но при этом противоречат сами себе. Человечеству такие парадоксы известны с древнейших времен. Возьмем для примера высказывание Сократа:

«Я знаю, что ничего не знаю»

Компоненты этой фразы логически противоречат друг другу: как можно одновременно и что-то знать, и ничего не знать? Именно поэтому такие фразы называются парадоксами — в них есть понятный смысл, но отсутствует логика.

Некоторые парадоксы только кажутся нелогичными: со временем они разрешаются сами собой, благодаря концептуальному анализу или новым научным открытиям. В этом уроке мы рассмотрим несколько известных примеров и попробуем разобраться, зачем изучать парадоксы и как они помогают лучше понять системы коммуникации в математике.

Парадокс курицы и яйца

Начнем с одного из самых известных примеров:

Что было первым: яйцо или курица?

Если формулировать парадокс именно так, то у него есть решение с точки зрения эволюции: яйцо было первым, потому что яйца появились задолго до кур. Сначала разные животные начали откладывать яйца для размножения, а уже потом, много лет спустя, появились курицы как отдельный вид.

А теперь ограничим вопрос только «куриными яйцами». Тогда перед нами встает два новых вопроса:

• К какому биологическому виду отнести яйцо, из которого вылупилась первая курица?
• Это «куриное яйцо» или «яйцо другой птицы, от которой произошли современные курицы»?

В итоге этот парадокс приходит к семантическому выбору. Новые знания об эволюции свели неразрешимую дилемму к простому спору о терминах.

Парадокс зарождения Вселенной

Попробуем еще глубже передать красоту парадокса курицы или яйца, сформулировав его в космических терминах:

Что появилось первым: законы науки или вселенная, управляемая этими законами?

Предположим, что Вселенная началась с Большого взрыва. Все события после него регулируются законами науки — в том числе и теми, которые человечество еще не открыло. Но существовали ли законы науки до Большого взрыва? На этот вопрос можно посмотреть с четырех точек зрения:

• Законы науки существовали до Большого взрыва, потому что без них Большой взрыв невозможен
• Законы науки не существовали до Большого взрыва, потому что все началось после зарождения Вселенной. До Большого взрыва не было вещества, пространства, времени и остальных понятий, а без них законы науки теряют смысл.
• Законы науки существовали до зарождения Вселенной, но тогда наше утверждение «Вселенная началась с Большого взрыва» неверное. Значит, наша научная картина мира неверна?
• Сложно сказать, что законы науки «существовали». Что означает это слово? Верно ли мы его используем?

Со временем ученые узнают больше о Вселенной, сделают новые научные открытия и ответят на этот вопрос. А пока, это один из наглядных примеров парадокса — аргументы логичны, но по смыслу противоречат друг другу.

Парадокс города в долгах

Представим маленький городок. Так вышло, что жители постоянно оказывают услуги друг другу, но денег у них нет. Все держится на обещаниях заплатить позже, пока однажды в городе не появляется гость. Его прибытие запускает цепочку таких событий:

• Гость приезжает в отель, снимает номер и платит $100 владельцу
• Владелец отеля задерживал зарплату работникам, поэтому отдает $100 шеф-повару
• Шеф-повар брал продукты в долг — он отдает $100 бакалейщику
• Бакалейщик недавно лечился в долг — он отдает $100 доктору
• Доктор задерживал зарплату сотрудникам — он отдает $100 медсестре
• Медсестра жила в отеле в долг — она отдает $100 владельцу отеля
• Так $100 снова оказались в руках владельца отеля
• Гость заявляет, что номер ему не понравился — владелец возвращает ему $100

В итоге, деньги снова вернулись к гостю, но при этом жители рассчитались по долгам. Ситуация поменялась, хотя реальных изменений не было. Существовал ли долг на самом деле? В этом и заключается парадокс.

Парадокс Рассела

В начале 20 века британский математик Бертран Рассел сформулировал:

• Пусть K — множество всех множеств, которые не содержат себя в качестве своего элемента.
• Содержит ли K само себя в качестве элемента?
• Если да, то по определению K не должно быть элементом K — противоречие.
• Если нет, то по определению K должно быть элементом K — вновь противоречие.

У этого парадокса есть несколько более понятных формулировок. Вот одна из них:

Мэры всех городов должны жить не в своем городе, а в специальном городе для мэров. Где должен жить мэр города мэров?

Представьте, что вы живете в обычном городе, работаете на обычной работе, общаетесь с коллегами и соседями. А потом вас неожиданно назначили мэром вашего города. Здесь все логично — вы просто переезжаете в специальный город.

При этом вашего друга назначили мэром города мэров. Он в любом случае нарушит закон:

• Нельзя переезжать в город для мэров, ведь запрещено жить в городе, которым управляешь.
• Нельзя отказываться от переезда, потому что все мэры должны жить в специальном городе.

Теперь воспользуемся языком математики, чтобы описать эту ситуацию:

• Пусть A — множество всех множеств, не содержащих самих себя: {S | S не принадлежит S}.
• Например, 1 принадлежит {{1}, {1, 2}}, но {1} не принадлежит {1}.

Дальше возможны два варианта:

• Если A принадлежит A, то по определению A не принадлежит A.
• Если A не принадлежит A, то по определению A принадлежит A.

Дальше мы приходим к двум верным фактам:

• x принадлежит A означает, что x принадлежит множеству A.
• x не принадлежит A означает, что x не принадлежит множеству A.

В итоге мы пришли к парадоксальному выводу:

S такое, что S не принадлежит S.

На всех примерах из урока выше видно, что парадокс — это утверждение, которое одновременно кажется и неправдой, и правдой. Другими словами, парадокс основан на фактах, но при этом противоречит сам себе.

Парадоксы используются в математике как интересные головоломки, но от них есть еще одна польза. Они показывают, насколько важно проверять математические аргументы и следить, нет ли в них лазеек.

Парадоксы доказывают, что не стоит сразу же верить в то или иное утверждение — сначала нужно тщательно продумать вопрос с точки зрения математики.