Acção de Formação a Distância PROF2000
AF-18 - 2003

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Círculo de Estudos
Episódios da História da Matemática na Antiga Grécia:
Trissecção do Ângulo e Duplicação do Cubo

Formando
António Manuel Marques do Amaral
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Resolução de Trabalho 1  (Anexo)

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Euclides e Elementos I.1
Anexo: Da certeza à fiabilidade

|Platonismo, formalismo, construtivismo| |A condição filosófica do matemático| |O mito de Euclides| |Fundamentos, achados e perdidos

 

Da certeza à fiabilidade

 

Platonismo, formalismo, construtivismo

 

Platonismo, formalismo, construtivismo [A]

Se se fizer matemática todos os dias, ela parecerá a coisa mais natural do mundo. Se se parar para pensar sobre o que está a fazer-se e qual o eu significado, ela parecerá uma das coisas mais misteriosas. Como é que conseguimos falar de coisas que nunca ninguém viu e percebê-las melhor do que os objectos reais do dia a dia? Por que razão a geometria euclidiana ainda é correcta, quando a física aristotélica já morreu há muito? O que sabemos em matemática e como o sabemos?

Em qualquer discussão sobre os fundamentos da matemática são apresentados três dogmas-padrão: platonismo, formalismo e construtivismo.

De acordo com o platonismo, os objectos matemáticos são reais. A sua existência é um facto objectivo, independente do nosso conhecimento sobre esses objectos. Conjuntos infinitos, conjuntos infinitos não contáveis, variedades de dimensão infinita, curvas que preenchem o espaço - todos os membros do jardim zoológico matemático são objectos definidos, com propriedades definidas, algumas conhecidas, muitas desconhecidas. Estes objectos não são físicos ou materiais. Eles existem ora do espaço e do tempo da existência física. São imutáveis - não foram criados e não se alterarão ou desaparecerão. Qualquer pergunta com significado acerca de um objecto matemático tem uma resposta definida, quer consigamos determiná-la, quer não. De acordo com o platonismo, um matemático é um cientista empírico, como um geólogo: não pode inventar nada, porque já existe tudo. Ele só pode descobrir.

Dois platonistas de alma e coração são René Thom e Kurt Gödel. Thom escreve (1971):

Considerando todas as coisas, os matemáticos deviam ter a coragem de assumirem as suas convicções mais profundas e, portanto, afirmarem que as formas matemáticas têm mesmo uma existência, que é independente da mente que as estuda [...] No entanto, num dado momento os matemáticos só têm uma visão incompleta e fragmentária deste mundo das ideias.

E eis Gödel:

Apesar de se encontrarem muito afastados da experiência dos sentidos, temos algo semelhante a uma percepção dos objectos da teoria de conjuntos, como é demonstrado pelo facto de os axiomas se nos imporem como sendo verdadeiros. Não encontro nenhuma razão para termos menos confiança neste tipo de percepção [...] Eles podem também representar um aspecto da realidade objectiva.

O mundo das ideias de Thom é geométrico, enquanto o de Gödel é o universo da teoria de conjuntos. Por outro lado, existe Abraham Robinson (1969):

Não consigo imaginar o meu regresso ao credo do verdadeiro platonista, que vê o mundo do infinito estender-se à sua frente e crê que consegue compreender o incompreensível.

De acordo com o formalismo, não há nenhum objecto matemático. A matemática consiste apenas em axiomas, definições e teoremas - por outras palavras, em fórmulas. Numa visão extrema: existem regras através das quais se obtêm fórmulas a partir de outras, mas as fórmulas não são acerca de nada, são apenas cadeias de símbolos. É claro que o formalista também sabe que as fórmulas matemáticas são por vezes aplicadas a problemas físicos. Quando se dá uma interpretação física a uma fórmula, esta adquire um significado e pode ser verdadeira ou falsa. Mas esta verdade ou falsidade está relacionada com a interpretação física específica que se fez. Enquanto fórmula matemática pura, não tem qualquer significado nem qualquer valor de veracidade.

Pode ser dado um exemplo, que demonstra a diferença entre o formalista e o platonista, através da hipótese do contínuo de Cantor. Cantor conjecturou que não existe nenhum cardinal infinito superior a  (a cardinalidade dos inteiros) e inferior a C (a cardinalidade dos números reais). Ködel e P. I. Cohen mostraram que, com base nos axiomas da teoria formal de conjuntos, a hipótese do contínuo não pode ser nem demonstrada (Gödel, 1937) nem negada (Cohen, 1964). Para o platonista isto significa que os nossos axiomas são uma descrição incompleta do conjunto dos números reais. Os axiomas não são suficientemente fortes para nos contarem a verdade toda. A hipótese do contínuo ou é verdadeira ou falsa, mas não compreendemos suficientemente bem o conjunto dos números reais para encontrarmos a resposta.

Para o formalista, pelo contrário, a interpretação platonista não tem sentido, porque não existe nenhum sistema de números reais, excepto como o criamos, utilizando axiomas para o descrevermos. É evidente que podemos mudar este sistema de axiomas, se o desejarmos. Tal mudança pode ser por conveniência, utilidade ou outro critério que queiramos introduzir; não pode ser uma questão de melhor correspondência com a realidade, pois não existe realidade.

Formalistas e platonistas estão em lados opostos na questão da existência e da realidade, mas não divergem sobre os princípios de raciocínio que devem ser permissíveis na prática matemática. Opostos a ambos estão os construtivistas. Os construtivistas consideram matemática genuína apenas o que pode ser obtido por uma construção finita. O conjunto dos números reais, ou qualquer outro conjunto infinito, não pode ser obtido daquela maneira. Consequentemente, o construtivista encara a hipótese de Cantor como uma conversa sem sentido. Qualquer resposta seria uma pura perda de tempo.

 

   

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A condição filosófica do matemático

 

A condição filosófica do matemático [B]

A maior parte dos autores que escrevem sobre este assunto parecem concordar que um investigador matemático típico é um platonista durante a semana e um formalista aos domingos. Quer dizer, quando está a trabalhar em matemática, está convencido de que estuda uma realidade objectiva cujas propriedades tenta determinar. Mas, quando se lhe pede para fundamentar filosoficamente esta realidade, acha mais fácil fingir que, afinal, não acredita nela.

Citamos dois autores muito conhecidos:

Em princípio, acreditamos na realidade da matemática, mas é claro que, quando os filósofos nos atacam com os seus paradoxos, corremos a esconder-nos atrás do formalismo, dizendo que «a matemática é apenas uma com binação de símbolos sem sentido», e depois recordamos os capítulos 1 e 2 da teoria de conjuntos. Finalmente, deixam-nos em paz e podemos voltar à nossa matemática e fazê-la como sempre a fizemos, com o sentimento de trabalharmos com algo real. Este sentimento é, provavelmente, uma ilusão mas é muito conveniente. Esta é a atitude de Bourbaki em relação ao! fundamentos. [I. A. Dieudonné, 1970, p. 145.]

 Para um matemático médio que apenas quer garantir que o seu trabalho tem bases precisas, a melhor escolha é evitar as dificuldades através do programa de Hilbert. Nesse programa consideramos a matemática um jogo formal e só nos preocupamos com a questão da coerência interna [...] O realismo [isto é, platonismo] é a posição que, provavelmente, a maioria dos matemáticos prefeririam. Só quando se apercebe de algumas das dificuldades da teoria de conjuntos é que o matemático começa a questionar essa posição. Se essas dificuldades o perturbarem particularmente, correrá para a abrigo do formalismo, embora a sua posição normal seja algures entre as duas, tentando desfrutar do melhor dos dois mundos. [P. I. Cohen, Axiomatic Set Theory, ed. D. Scott.]

 

Nestas citações de Dieudonné e Cohen usamos o termo formalismo para designarmos a posição filosófica de que muita ou toda a matemática pura é um jogo sem sentido. É óbvio que rejeitar o formalismo como filosofia da matemática não implica de modo algum uma crítica à lógica matemática. Pelo contrário, os lógicos, cuja actividade matemática é o estudo de sistemas formais, detêm a melhor posição para verificarem a enorme diferença entre a matemática como ela é feita e a matemática como é esquematizada na noção de um sistema matemático formal.

Segundo Monk, o mundo matemático é povoado por 65% de platonistas, 30% de formalistas e 5% de construtivistas. A nossa impressão é a de que a visão de Cohen-Dieudonné está mais perto da verdade. O matemático típico é tanto um platonista como um formalista - um platonista secreto que põe uma máscara de formalista quando é caso disso. Os construtivistas são uma espécie rara, cujo estatuto no mundo matemático por vezes se assemelha ao de heréticos tolerados e rodeados por membros ortodoxos de uma religião.

 

     


     
 

O mito de Euclides

 

O mito de Euclides [C]

A ideia dada pelos livros sobre a filosofia da matemática é estranhamente fragmentária. O leitor fica com a impressão de que este assunto apareceu pela primeira vez no fim do século XIX, em resposta a contradições da teoria de conjuntos de Cantor. Nessa altura falou-se numa «crise de fundamentos». Para estudar os fundamentos apareceram três escolas, que passaram trinta ou quarenta anos em guerrilhas entre si. No fim verificou-se que nenhuma delas podia fazer muito por esses fundamentos, e a história termina a meio, há cerca de quarenta anos, quando Whitehead e Russell abandonaram o logicismo, o formalismo de Hilbert foi derrotado pelo teorema de Gödel e Brouwer foi abandonado a pregar o construtivismo em Amsterdão, desprezado pelo resto do mundo matemático.

Este episódio da história da matemática é, na verdade, impressionante. É claro que foi um período crítico para a filosofia da matemática. Mas, devido a uma mudança de significado das palavras, o facto de o estudo dos fundamentos ter sido, em certo período, a corrente dominante na filosofia matemática levou a uma identificação virtual entre a filosofia da matemática e o estudo dos fundamentos. Uma vez feita esta identificação, ficamos com uma impressão peculiar: a filosofia da matemática foi um campo activo por apenas quarenta anos. Foi despertado pelas contradições da teoria de conjuntos e decorrido algum tempo voltou a adormecer.

Na realidade houve sempre um pano de fundo filosófico, mais ou menos explícito, para o pensamento matemático. O período do estudo dos fundamentos foi uma altura em que matemáticos importantes estiveram abertamente preocupados com questões filosóficas e se dedicaram a controvérsias públicas sobre essas questões. Para se compreender o que se passa nesse período temos de olhar para a história anterior e posterior.

Existem duas linhas da história que têm de ser seguidas. Uma está na filosofia da matemática; a outra encontra-se na própria matemática. A crise foi a manifestação de uma discrepância de longa data entre o ideal tradicional da matemática, a que podemos chamar o mito de Euclides, e a realidade da matemática, a prática real da actividade matemática num determinado período. O bispo Berkeley reconheceu esta discrepância, em 1734, no seu livro The Analyst. O livro tinha um subtítulo comprido: A Discourse Addressed to an Infidel Mathematician, Wherein it is Examined Whether the Object, Principles and Inferences of the Modern Analysis are More Distinctly Conceived, or More Evidently Deduced, than Religious Mysteries and Points of Faith. «First cast out the beam of thine own Eye; and then shalt thou see clearly to cast the mote out of thy brother's Eye.» (O infiel era Edmund Halley.) (Um discurso dirigido a um matemático infiel, onde se examina se os objectivos, princípios e inferências da análise moderna são concebidos mais distintamente, ou deduzidos mais claramente, do que os mistérios religiosos e as matérias da fé. «Primeiro evita a luz que ofusca o teu olho; e então verás melhor para retirares a partícula de pó do olho do teu irmão.)

 

Berkeley expôs os pontos obscuros e as incoerências do cálculo diferencial tal como este era explicado no seu tempo por Newton, Leibnitz e seus seguidores. Isto é, mostrou como o cálculo estava distante da ideia de matemática segundo o mito de Euclides.

O que é o mito de Euclides? É a convicção de que os livros de Euclides contêm verdades acerca do universo que são claras e indubitáveis. Começando por verdades evidentes e prosseguindo através de demonstrações rigorosas, Euclides chega a conhecimento que é certo, objectivo e eterno. Até hoje parece que a maioria das pessoas cultas acreditam no mito de Euclides. Até meados ou fins do século XIX o mito não tinha discussão. Toda a gente acreditava nele. Fora o principal apoio da filosofia metafísica, isto é, da filosofia que procura estabelecer alguma certeza a priori acerca da natureza do universo. As raízes da filosofia matemática, tal como da própria matemática, estão na Grécia clássica. Para os Gregos a matemática significava geometria e a filosofia da matemática, para Platão e Aristóteles, era a filosofia da geometria.

Para Platão, a missão da filosofia era descobrir o conhecimento escondido atrás do véu da opinião, das aparências, da mudança e da ilusão do mundo temporal. Nesta tarefa a matemática ocupava um lugar central, pois o conhecimento matemático era o exemplo perfeito do conhecimento independente dos sentidos, conhecimento de verdades necessárias e eternas.

No livro Meno, de Platão, Sócrates questiona um jovem escravo e leva-o a descobrir que a área do quadrado grande (v. figura) é o dobro da área de ABCD, cuja diagonal tem o comprimento do lado do quadrado grande. Como é que o jovem escravo sabe isto? Sócrates afirma que o rapaz não o aprendeu nesta vida mortal; por isso o seu conhecimento deve ser uma recordação da vida antes do nascimento. Para Platão, este exemplo mostra que existe conhecimento verdadeiro, conhecimento do eterno. Platão argumenta que:

  1. Conhecemos verdades da geometria que não aprendemos nem através da educação nem da experiência;

  2. Este conhecimento é um exemplo das verdades imutáveis e universais que, realmente, aprendemos e reconhecemos;

  3. Assim, deve existir um reino da verdade absoluta e eterna, a fonte e a base do nosso conhecimento do bem.

A concepção que Platão tinha da geometria foi um elemento-chave na sua concepção do mundo. A geometria desempenhou um papel semelhante para os filósofos racionalistas: Espinoza, Descartes e Leibnitz. Tal como Platão, os racionalistas encaram a faculdade da razão como uma característica inata da mente humana, com a qual as verdades podem ser apreendidas a priori, independentemente da observação. Por exemplo, posso estar enganado ao pensar que estou sentado à secretária a escrever esta frase, assim como posso estar claramente errado ao pensar que o Sol nascerá amanhã, mas de modo algum posso estar enganado no meu conhecimento de que a soma interna dos ângulos de um triângulo é igual a 180°. (O exemplo favorito de Espinoza de uma afirmação indubitavelmente verdadeira era este teorema de Euclides, que, a propósito, se demonstra ser falso na geometria não euclidiana).

A razão era a característica que permitia ao homem conhecer o bem e conhecer o divino. A existência desta característica tinha a sua melhor prova na matemática. A matemática partia de verdades evidentes e prosseguia através de raciocínios cuidadosos para descobrir verdades escondidas. As verdades da geometria tratavam das formas ideais, cuja existência era evidente para a mente. Questionar a sua existência teria sido um sinal de ignorância ou insanidade.

A matemática e a religião eram os melhores exemplos de conhecimento obtido pela razão. O conhecimento do bem em Platão foi transformado no conhecimento de Deus, no pensamento dos racionalistas do Renascimento.

O serviço que o racionalismo prestou à ciência foi ter negado a supremacia da autoridade, em particular da autoridade religiosa, afirmando, no entanto, a veracidade da religião. Esta filosofia deu espaço à ciência para crescer sem ser estrangulada por rebeldia. Esta corrente de pensamento reclamou para a razão - em particular para a ciência - o direito à independência em relação à autoridade - em particular, à autoridade da Igreja. Porém, esta independência da razão não era muito perigosa para a autoridade, uma vez que os filósofos declararam que a ciência nada mais era do que o estudo de Deus. «Os céus proclamam a glória de Deus e o firmamento demonstra o Seu trabalho.»

A existência de objectos matemáticos num reino de ideias independente das mentes humanas não colocava dificuldades a Newton ou Leibniz; como cristãos, eles sabiam que existia uma mente divina. Neste contexto, a existência de objectos ideais, tais como números ou formas geométricas, não é problema. O problema é, pelo contrário, explicar a existência de objectos materiais, não ideais. Depois de o racionalismo ter conseguido substituir o escolasticismo medieval, foi desafiado pelo materialismo e pelo empirismo: por Locke e Hobbes, na Grã-Bretanha, e pelos enciclopedistas, em França. Na competição entre racionalismo e empirismo foi o desenvolvimento das ciências naturais com base no método experimental que deu ao empirismo a vitória decisiva. A crença num universo material como realidade fundamental tomou-se a sabedoria convencional da ciência, onde a experiência e a observação eram os únicos meios legítimos de obter o conhecimento.

Os empiristas defendiam que todo o conhecimento, excepto o conhecimento matemático, provém da observação. Normalmente não tentavam explicar como se obtém o conhecimento matemático. Uma excepção foi John Stuart Mill. Ele propôs uma teoria empirista do conhecimento matemático - onde a matemática é uma ciência natural em nada diferente das outras. Por exemplo, sabemos que 3 + 4 = 7 porque observamos que, ao juntarmos três botões com quatro botões, obtemos sete botões. Frege, em Foundations of Arithmetic, critica de modo acutilante a teoria simplista de Mill, sendo apenas no contexto da crítica de Frege que a filosofia matemática de Mill é hoje discutida.

Na controvérsia filosófica, primeiro entre o racionalismo e o escolasticismo, e depois entre o racionalismo e as novas correntes radicais do empirismo e do materialismo, a santidade da geometria nunca foi desafiada. Os filósofos discutiam se partimos da razão (que os homens possuem como uma dádiva do divino) para descobrirmos as propriedades do mundo físico ou se temos apenas os sentidos corporais para descobrirmos as propriedades dos objectos físicos e do seu criador. Nestas lutas ambos os lados tomavam como certo que o conhecimento geométrico não é problemático, mesmo que todo o outro conhecimento o seja. Para Hume apenas os livros de matemática e de ciências naturais eram uma excepção à sua famosa instrução «lancem-nos às chamas». Nem mesmo ele encontrou problemas na definição do estatuto do conhecimento matemático.

Para os racionalistas, a matemática era o melhor exemplo para confirmar a sua visão do mundo. Para os empiristas era um contra-exemplo embaraçoso que tinha de ser ignorado ou, de algum modo, explicado. Se, como parecia óbvio, a matemática contém conhecimento independente dos sentidos da percepção, o empirismo é inadequado para explicar todo o conhecimento humano. Esta dificuldade subsiste ainda hoje; é uma razão para os nossos problemas com a filosofia da matemática.

É possível que não tenhamos consciência de que o modelo científico moderno só ganhou supremacia no último século. No tempo de Russell e Whitehead apenas a lógica e a matemática podiam ser ainda incluídas no conhecimento não empírico, isto é, obtido directamente pela razão.

A matemática sempre teve um lugar especial na luta entre o racionalismo e o empirismo. O matemático vulgar, com a sua crença de senso comum na matemática como conhecimento, é o último vestígio do racionalismo.

Do ponto de vista mais comum, hoje em dia, entre os cientistas a prevalência do platonismo como uma filosofia de trabalho tácito ou informal é uma anomalia digna de nota. Os pressupostos aceites em ciência são, e têm sido desde há muitos anos, os do materialismo, no que respeita à ontologia, e os do empirismo, no que respeita à epistemologia. Isto é, o mundo é todo «uma coisa», a que se chama «matéria» e que é estudada pela física; se a matéria se organiza em configurações suficientemente complicadas, torna-se objecto de ciências mais específicas, com metodologias próprias, como a química, a geologia e a biologia. Aprendemos coisas acerca do mundo observando-o e pensando sobre o que vemos. Até realizarmos as observações, não temos nada sobre que pensar.

No entanto, em matemática temos conhecimento de coisas que nunca observámos e nunca poderemos observar. Pelo menos é este o ponto de vista ingénuo que assumimos quando não tentamos ser filosóficos.

No fim do século XVIII o culminar da filosofia clássica foi devido a Kant, cujo trabalho tentou unificar as duas tradições em conflito, o racionalismo e o empirismo. A metafísica de Kant é a continuação do legado de Platão, da procura da certeza e eternidade no conhecimento humano. Kant queria refutar a crítica de Hume sobre a possibilidade de certeza no conhecimento humano. Ele fez uma distinção radical entre o número, as coisas em si, que nunca poderemos conhecer, e o fenómeno, as aparências, que são tudo o que os nossos sentidos nos dizem. Mas, apesar de todo o seu cepticismo, a principal preocupação de Kant era ainda o conhecimento a priori - conhecimento que era eterno e independente da experiência. Kant realizou a distinção entre dois tipos de conhecimento a priori. O conhecimento «analítico a priori», que é o que alcançamos através da análise lógica, devido ao próprio significado dos termos que utilizamos. Por outro lado, Kant, tal como os racionalistas, acreditava que possuímos ainda um outro tipo de conhecimento a priori, que não é uma simples verdade lógica. É o conhecimento «sintético a priori». As nossas intuições de tempo e espaço são, de acordo com Kant, exemplos deste tipo de conhecimento. Ele explica a natureza a priori afirmando que aquelas intuições são propriedades inerentes à mente humana. O nosso conhecimento de tempo é sistematizado pela aritmética, que é baseada na intuição de sucessão. O nosso conhecimento de espaço é sistematizado pela geometria. Para Kant, tal como para Platão, só existe uma geometria - aquela que hoje denominamos euclidiana, para a distinguir de muitos outros sistemas de conceitos, aos quais também chamamos geometrias. As verdades da geometria e da aritmética são-nos impostas pelo modo como as nossas mentes funcionam; isto explica por que elas são, supostamente, verdadeiras para todos, independentemente da experiência. As intuições de tempo e espaço, nas quais se baseiam a aritmética e a geometria, são objectivas, uma vez que são universalmente aceites por todas as mentes humanas. Não se afirma que elas existam fora da mente humana; no entanto, o mito de Euclides permanece como um elemento central da filosofia de Kant.

 

     


     
 

Fundamentos, achados e perdidos

 

Fundamentos, achados e perdidos [D]

O mito de Euclides manteve-se bem enraizado tanto entre filósofos como entre matemáticos até muito tarde no século XIX. A geometria era vista por todos, incluindo matemáticos, como a área de conhecimento mais firme e de maior confiança. A análise matemática - o cálculo e as suas extensões e ramifiçações - só tinha significado e legitimidade devido à sua ligação com a geometria. Não necessitamos de utilizar o termo geometria euclidiana porque esse adjectivo só se tornou necessário depois de se reconhecer a possibilidade de existirem outras geometrias. Até esse reconhecimento, a geometria era simplesmente a geometria - o estudo das propriedades do espaço. Estas tinham uma existência absoluta e independente, eram objectivas e eram o exemplo supremo de propriedades do universo que eram exactas, eternas e que podiam ser conhecidas com toda a certeza pela mente humana.

No século XIX houve vários desastres. Um desastre foi a descoberta de geometrias não euclidianas, que mostravam que podia raciocinar-se com outros tipos de geometria.

Um desastre ainda maior foi o grande desenvolvimento da análise, que ultrapassou a intuição geométrica, por exemplo, com a descoberta de curvas que preenchem o espaço e curvas contínuas mas não diferenciáveis em nenhum ponto. Estas surpresas chocantes denunciaram a vulnerabilidade do único fundamento sólido - a intuição geométrica -onde se pensava que assentava a matemática. A perda da certeza na geometria era filosoficamente intolerável, pois ela implicava a perda de qualquer certeza no conhecimento humano. A geometria representava, desde Platão, o exemplo acabado da possibilidade de certeza no conhecimento humano.

[...]

 

[A] Davis, Philip J. e Hersh, Reuben, A Experiência Matemática, Ciência Aberta, n.º 75, pág. 299-301

[B] Davis, Philip J. e Hersh, Reuben, A Experiência Matemática, Ciência Aberta, n.º 75, pág. 3001-302

[C] Davis, Philip J. e Hersh, Reuben, A Experiência Matemática, Ciência Aberta, n.º 75, pág. 303-309

[D] Davis, Philip J. e Hersh, Reuben, A Experiência Matemática, Ciência Aberta, n.º 75, pág. 309-310

     


     

 

 

 

Actualizada em
 15-10-2003