И действительно, на деле обнаруживается, что якобы "свободный" выбор наш существенно ограничен: в одних случаях понятие "произведения" загадочным образом оказывается плодотворным и осмысленным, а в других - совершенно бесплодным и лишенным смысла.
Почему же в одних случаях "умножение" имеет смысл, а в других, даже ценой больших усилий, ему такого смысла придать не удается? Чем различаются между собой эти "случаи"?
Проанализировав этот вопрос применительно к другим объектам, помимо векторов, мы неизбежно придем к выводу, что операция "умножения" и понятие "произведения" имеют смысл лишь по отношению к таким объектам ("структурам"), которые могут быть интерпретированы как операторы.
Очевидными примерами являются действительные и комплексные числа, матрицы, тензоры (при правильной записи) и т.п. структуры. Что же касается векторов в их традиционном представлении, то они этому условию не удовлетворяют. И действительно, оба придуманные для них "умножения" оказываются совершенно бессмысленными при сопоставлении с "реальностью". В самом деле, если математическому "вектору" в "физическом" мире соответствует, скажем, некая сила (мы со школьных лет знаем, что "сила есть вектор"), то какие процессы в мире соответствуют "скалярному" умножению двух одинаково направленных сил, при котором обе они "растворяются", превращаясь в "число"? И какие процессы соответствуют умножению двух взаимно перпендикулярных сил, при котором они вообще "аннигилируют"? А какие процессы в мире заставляют испариться две коллинеарные силы в соответствии с их векторным "умножением"?
Таким образом, оказывается, что, хотя математические векторы имеют "референтов" в физическом мире, математические операции их "умножения", конструкты скалярного и векторного "произведений", не имеют "референтов" в мире.
Конечно, можно возразить, что само понятие "вектора" определяется совокупностью его свойств, включая упомянутые "произведения". Но тогда получается, что сам "вектор" не имеет "референта" в Мире, и обнаруживается полный разрыв между математикой и физикой!
Таким образом, понятие "умножения" приобретает смысл лишь тогда, когда мы имеем дело с операциями, которые могут быть истолкованы как воздействие неких операторов. А такие операции должны во что бы то ни стало быть ассоциативными!
В нашем "Мире" за все приходится платить! За сохранение ассоциативности нам придется уплатить появлением - в ограниченной области - делителей нуля, - недостаток, которого, вообще говоря, алгебраисты стараются всеми силами избежать (любимые их детища - "алгебры без делителей нуля", пусть и не ассоциативные!).
Однако именно этот "недостаток" на деле оборачивается величайшим преимуществом, давая ключ к раскрытию наиболее захватывающих тайн теории относительности и квантовой механики (а, надо полагать, и квантовой теории поля)!
Сформулируем еще раз вкратце основные наши "опорные гипотезы":
1. Мир мыслится как некая система, наделенная структурой и, стало быть, подчиняющаяся налагаемым этой структурой ограничениям. В Мире не все возможно, но все, что возможно, где-нибудь и когда-нибудь происходит.
2. Все, что происходит (и может происходить!) в Мире сводится к изменениям состояния его выделенных для рассмотрения элементов, фрагментов или подсистем - к преобразованиям, совместимым с наложенными ограничениями.
3. По отношению к возможным и реализуемым преобразованиям Мир обладает свойством замкнутости и полноты: в "естественном" мире нет места для "сверхъестественных" явлений.
4. В соответствии со сказанным, адекватное описание Мира предполагает введение "структур", отражающих состояния и их преобразования, что на символическом математическом языке выражается как воздействие операторов на операнды. По отношению к таким операциям Мир должен быть алгебраически замкнутым.
5. В силу естественной ассоциативности преобразований, тем же свойством ассоциативности безусловно должны обладать и используемые в математике "истинные" операторы. Лишь при этом условии "структура описания" оказывается изоморфной "структуре Мира".
6. Операция "умножения" и понятие "произведения", строго говоря, не имеют смысла, так как им в Мире ничего не соответствует. Но формально ими можно пользоваться, если они могут быть интерпретированы как воздействие операторов, а для этого они неизбежно должны обладать свойством ассоциативности.
7. Таким образом, для построения системы "истинной" математики открываются в принципе два равноправных пути: выявление элементарных операторов и требование ассоциативности всех используемых операций "умножения" (оба пути приводят к одним и тем же результатам).
8. От структур, получающихся при адекватном описании реальности, можно ожидать высокой степени простоты и симметрии, удовлетворяющих нашему эстетическому чувству, что дает мощный эвристический критерий для суждения об их истинности.
В XX веке в математике воцарилось почти безраздельное господство мощного и плодотворного аксиоматического метода, в немалой степени обязанного своей победой подкупающему стилю мышления и блестящим результатам Давида Гильберта. Успехи аксиоматического метода в упорядочении математического знания и обеспечении логической неуязвимости результатов несомненны. Однако благодаря этому мы часто подпадаем под власть завораживающей магии "положительного знания" и, пораженные своеобразной "куриной слепотой", перестаем видеть очевидные противоречия и несуразности, присущие (при всей ее внутренней непротиворечивости!) самой системе аксиом при ее сопоставлении с реальностью. Это, конечно, тесным образом связано с принципиальным убеждением о независимости математики от реального мира в духе цитированного выше утверждения Георга Кантора.
Автору претит такой волюнтаристский подход. В отличие от широко распространенного мнения, что можно "постулировать что угодно", лишь бы система введенных аксиом была непротиворечивой, а вытекающие из нее (автоматически непротиворечивые) следствия были осмысленны и продуктивны, автор полагает, что для самих вводимых аксиом должны существовать достаточные основания. Если уж поклоняться каким-то богам, то, пожалуй, такого поклонения достоин именно великий лейбницевский ПРИНЦИП ДОСТАТОЧНОГО ОСНОВАНИЯ. А "достаточные основания" мы, по-видимому, можем черпать только из реальности (из чего еще? Что выше математики?).
В связи с этим еще раз коснемся тонкого вопроса о гносеологической природе фундаментальных конструктов "суммы" и "произведения" математических объектов. Приходится лишь удивляться, что от внимания исследователей совершенно ускользнуло принципиальное различие этих понятий.
Концепция "суммы" опирается на возможность сосуществования дискретных объектов в нашей концептуальной картине мира. Если в нашем концептуальном поле "высвечивается" некий объект а (что инициируется характерным заклинанием математика: "Пусть имеется!") и одновременно (или вслед затем) "высвечивается" объект b, то с этого момента в нашем актуальном сознании имеются одновременно объекты а и b. Их одновременное, или совместное, присутствие в нем и охватывается понятием суммы: если имеется а и имеется b, то имеется их одновременное присутствие а + b. При этом, ввиду симметричности отношения одновременного присутствия, сумма, разумеется, всегда коммутативна: одновременное присутствие а и b есть то же, что одновременное присутствие b и а, т.е. а + b = b + а, "от перестановки слагаемых сумма не меняется". Другой характерной особенностью суммы является то, что в ней сохраняется присутствие каждого из объектов: они не исчезают, а продолжают "иметься" и в "сумме", которая как раз и означает их одновременное присутствие. Наконец, характерной особенностью суммы является и то, что сумма есть единственное возможное сочетание имеющихся (и продолжающих иметься) объектов: в смысле дихотомии "имеется" - "не имеется" ничего более (и ничего менее) совместного присутствия присутствующих объектов быть не может!
Совершенно иначе обстоит дело при образовании мифического "произведения" двух объектов, скажем, тех же, а и b, которые вроде бы имеются, но в то же время как бы растворяются и исчезают, перестают иметься, уступая место чему-то третьему (условно называемому их "произведением"). Но из имеющихся объектов ничего кроме их суммы образоваться не может! При образовании "произведения" ситуация на самом деле такова, что имелось нечто (скажем, а), а затем стало иметься нечто другое (скажем, с), что означает преобразование а в с под воздействием некого связанного с b оператора b: bа = с. Таким образом, концепция "произведения" на самом деле опирается на возможность преобразований, т.е. изменений состояния, объектов в мире и его концептуальном отражении. Аналогично, если имелось b, которое подверглось преобразованию с помощью связанного с а оператора a', возникает a'b = с'. Но ниоткуда не следует, что обязательно должно быть с' = с. Напротив, в общем случае как раз a'b<>bа: здесь разные операторы применяются к разным операндам, и именно поэтому операция "умножения", в отличие от операции "сложения", в общем случае некоммутативна. Именно и только по этой причине!
Итак, коренное различие двух классических "бинарных операций" - сложения и умножения - и соответствующих им понятий "суммы" и "произведения" сводится к следующему:
а) "Сумма" означает одновременное присутствие объектов в концептуальном поле и поэтому, будучи симметричной относительно слагаемых", всегда коммутативна, тогда как "произведение" может быть понято лишь как результат преобразования одного объекта под воздействием другого и поэтому, будучи несимметричным относительно "сомножителей", в общем случае некоммутативно.