Как досчитать до бесконечности, если ты не Чак Норрис. В эфир | CatScience

Как досчитать до бесконечности, если ты не Чак Норрис.

В эфире микрорубрика с макросодержанием «Каких чисел больше на отрезке от нуля до единицы — рациональных или иррациональных»
Осторожно, в заметке упоминаются еврейский заговор, инстакоучи и простой советский натуральный…

(на деле речь пройдёт про скучную основу математики — теорию множеств. И про мощность множества, как меру бесконечности)

Множество — это воображаемая совокупность разных элементов.
С конечными множествами всё понятно. Собери кучку предметов, пересчитай, вот тебе множество. 10 камешков на песке или 10 апельсинов на столе — суть предметов не важна. Главное, чтобы вы могли сказать: это элементы множества (нужен критерий принадлежности). И важно придумать способ, как отличать элементы друг от друга (например, по номерам).

Готово, мы сформировали понятие множества. Теперь придумаем для них операции — вроде объединения и пересечения. И зададим понятие отображения из одного множества в другое. Например, если у вас одно множество из 10 апельсинов, а другое множество — числа от 1 до 10, то достаточно расположить числа и апельсины попарно. Совокупность таких пар и будет отображением.

Хорошее отображение — это когда вы построили взаимно-однозначное соответствие (биекцию). Если никакой апельсин не забыли и не пересчитали дважды, тогда у нас биекция, пацаны, и два этих множества считаем эквивалентными.

Ещё из примеров отображений — любая школьная функция вида y = f(x) — это отображение одной числовой оси в другую. Помните, рисовали график параболы по точкам? Вот это оно и есть, точка на плоскости это пара из аргумента и соответствующего ему значения.
То есть функция — это опять таки множество, только состоящее из пар элементов.

Теорию множеств придумал в 19 веке немецкий математик Георг Кантор (уроженец Питера). И оказалось, что на языке этой теории удобно записать вообще всю математику. Потом правда выяснилось, что в исходном «наивном» варианте теории возникают парадоксы, пришлось добавить более строгих аксиом. Можно сказать, что это открытие принесло такие же удобства математикам, как периодическая таблица элементов химикам.

Но вернёмся к нашим простым множествам из камешков на песке. Сделаем бесконечное множество. Начнём выкладывать и нумеровать камешки бесконечно, до горизонта и дальше.
Физически столько камней нет, так что представим бесконечную прямую, уходящую вправо. А на ней точками проставим порядковые номера камней — до бесконечности. Какой бы вы мне номер n ни назвали, я скажу, что правее ещё лежит номер n+1.

С одной стороны, это простой советский бесконечный ряд натуральных чисел. С другой стороны, такая простая бесконечность непостижима уму. Всё во вселенной конечно. Миллиарды галактик и звёзд, неисчислимое множество кварков, фотоны летают туда-сюда — это можно пересчитать каким-то большим числом, у которого наверняка нет названия.

И это большое число сосёт у простого множества натуральных чисел.

Да что там физические объекты Вселенной. Возьмите информационную часть. Прибавьте сюда совокупность всех мыслей, произнесённых слов, записанных байтов информации, комментариев к постам — всё это также будет конечно.
Точно мы посчитать не можем, но у всего этого добра есть какой-то порог сверху, просто какое-то большое число. Отнимаем его от ряда натуральных чисел, начинаем отчёт с единицы — и справа у нас будет бесконечный хвост, такой же огромный, как был до этого.

Так мы ненароком открыли, что если у бесконечности отнять конечное множество, она останется такой же бесконечностью, от неё не убудет. Хотя по закону Евклида, целое всегда больше, чем своя собственная часть. Просто у древних греков бесконечного количества камешков не было.

Прибавлять к натуральному ряду конечное множество тоже можно сколько угодно, бесконечность от этого не распухнет. Знаете, я уже сам своего рода учёный, можно теперь что-нибудь поинтереснее?

Что будет, если к бесконечности прибавить другую бесконечность? А вот тут уже возможны нюансы.

Для иллюстрации приведу репортаж из газеты «Вымышленные новости из параллельной вселенной».