Roger
Penrose, Shadows of the Mind. A Search for the Missing Science of
Consciousness.
Synthese
en bedenkingen (in de voetnoten)
Deel
2/6
Gödel houdt zich bezig
met de axiomatische gronden van de wiskunde. Penrose wil middels
Gödel aantonen dat ons begrijpen geen algoritmische activiteit kan
zijn. De gewaarwording van rood kan niet computationeel worden
opgewekt. Dieren rekenen niet, maar zij worden wel rood gewaar.
Wat is nu het verband
tussen Gödels theorema en het gezond verstand? Een niet berekenbaar
proces is een onmiddellijk bewustzijn van iets. Daardoor kan men iets
visualiseren of een direct begrip hebben van iets, een
mentaal beeld. Dat hoeft niet noodzakelijk visueel van
aard te zijn. We begrijpen de betekenis van een woord direct,
we krijgen er onmiddellijk vat op, alsof we de ervaringen
van diegene die ons de mededeling doet,
delen. Een kind krijgt begrip van getallen, geabstraheerd van de
getelde dingen. Dit is geen berekenen meer, maar awareness.
Penrose geeft voorbeelden met visuele getalbeelden om het begrip
van de commutativiteit van de vermenigvuldiging duidelijk te maken.
Gödel toont aan dat het onmogelijk is om alle evidente
redeneerstappen in één systeem te steken dat dan bij machte zou
zijn om alles op te lossen: de behoefte aan nieuwe, vanzelfsprekende
begrippen kan niet en nooit weggewerkt worden. Het wiskundig
begrijpen is iets anders dan (be)rekenen. (1).
Tot hier een herhaling van
het hoofdstuk Consciousness and computation, dat loopt tot
pagina 63. Hierna wordt middels Gödel uiteengezet dat ons begrijpen
geen algoritmische activiteit kan zijn, in: The Gödelian case
(pp. 64-126).
Penrose zegt dat de
wiskunde het duidelijkste aantoont dat iets in ons denken ontsnapt
aan het loutere berekenen. Gödels stelling komt hierop
neer: Geen enkel formeel systeem van sound wiskundige
bewijsregels kan (principieel) alle ware uitspraken van de ordinaire
rekenkunde voortbrengen. Wat dus betekent dat het menselijk
verstaan niet kan gereduceerd worden tot een verzameling van
rekenregels. Geen dergelijk systeem kan bewijzen leveren van die
rekenkundige uitspraken waarvan de waarheid principieel toegankelijk
is voor menselijke intuïtie en begrip. Intuïtie en begrip kunnen
dus niet herleid worden tot een verzameling van regels.
Algoritmes kunnen
voorgesteld worden door wiskundig formele systemen, en een
Turing-machine is een wiskundig geïdealiseerde computer, een
stap-voor-stap-procedure. Een universele T-machine is er een die
om het even welke T-machine kan nabootsen, en die dus elk algoritme
kan uitvoeren, zoals bijvoorbeeld onze moderne computer.
Berekeningen
(computations, algoritmes, logische operaties) zijn de
activiteit van een T-machine. Willen we bijvoorbeeld een getal zoeken
dat niet de som is van drie kwadraten, dan bouwt de machine de
rij van de natuurlijke getallen op (rij1), en de rij van de
kwadraten ervan (rij2), en daaruit de rij van de som van drie
kwadraten (rij3); vervolgens overloopt ze rij1 en stelt
aan elk getal de vraag of het ook tot rij 3 behoort; is dat
niet het geval, dan hebben we te maken met één van de gezochte
getallen.
Nu zijn er ook oneindige
berekeningen: stel dat we een getal zoeken dat niet de som is van
vier kwadraten, dan zal de machine aan het werk gaan en nooit
ophouden met zoeken. Nooit zal zon getal gevonden worden (Lagrange
bewees in 1770 dat het niet bestaat), maar de machine zal daarover
nooit uitsluitsel kunnen geven, want de getallenrijen zijn oneindig
lang. Een ander voorbeeld is het vermoeden van Goldbach (1742), dat
door de oneindige berekeningen van de machine noch weerlegd noch
bewezen kan worden.
Hoe kunnen we nu uitmaken
of berekeningen oneindig zijn? Soms kunnen we dit intuïtief inzien.
Soms kunnen we dit ook formeel bewijzen middels mathematische
inductie (waarbij één enkele berekening relevant wordt geacht voor
àlle (natuurlijke) getallen). Maar deze procedure is ontoereikend om
oneindige berekeningen als dusdanig te ontmaskeren, omdat élke
verzameling van regels ontoereikend is om dat te doen (- wat volgt
uit Gödels stelling). M.a.w.: er zijn berekeningen die nooit
stoppen, maar dat dit zo is kan niet altijd wiskundig bewezen worden.
De regels kunnen dus het inzicht nooit vervangen!
Penrose toont nu hoe Gödel
deze waarheid demonstreert:
Beschouwen we Penroses
vereenvoudigde bewijs van de stelling van Gödel. De conclusie tot
welke Gödel in zijn theorema uiteindelijk komt (en die moet
illustreren dat het menselijk denken en begrijpen de activiteit van
het loutere rekenen kwalitatief overtreft), luidt als volgt: in de
rekenkunde bestaan er stellingen (en die zullen er altijd zijn)
waarvan wij de waarheid duidelijk kunnen inzien, maar waarvoor
geen bewijs bestaat.
Penrose geeft een
voorbeeld van zon ware en onbewijsbare stelling, namelijk de
volgende stelling, genaamd G (waarbij n een element is
van de natuurlijke getallen N):
(G): Er bestaat geen
enkel oneven getal dat de som is van n aantal even getallen.
Het is duidelijk want
evident voor ons, zegt Penrose, dat deze stelling waar is, maar wij
kunnen deze waarheid niet bewijzen.
Stel dat wij een poging
zouden ondernemen om de waarheid van (G) te bewijzen, dan zouden wij
dat moeten doen middels een algoritme dat alle mogelijkheden
narekent.
Na een oneindig lang
aantal berekeningen zouden wij nog steeds geen falsificatie van deze
stelling gevonden hebben, maar ook zouden wij nog steeds geen bewijs
gevonden hebben.
Dat bewijs zou er pas zijn
op het ogenblik dat we àlle mogelijkheden onderzocht hebben, en dat
zijn er oneindig veel. Het is dus een bewijs dat nooit eindigt, nooit
voltooid is, onvoltooibaar is.
Welnu, zegt Penrose:
misschien kunnen we wel bewijzen dàt zon bewijs nooit eindigt.
Stel eens dat we dat zouden kunnen, dan zouden we dat doen middels
een rekenprocedure, genaamd A.
Vanzelfsprekend zou die
rekenprocedure A dan wel eindig zijn, want anders hervielen we
in hetzelfde probleem.
Penrose toont nu aan (pp.
72-77): als wij veronderstellen dat A bestaat, dan leidt A
tot een contradictie, dus kunnen we niet veronderstellen dat A
bestaat, met andere woorden: zon rekenprocedure die de
oneindigheid van het bewijs van (G) moet aantonen, bestaat zelf niet.
Dus we kunnen niet bewijzen dat (G) waar is. Ziehier een beknopte
weergave van de gedachtengang.
We gaven zopas enkele
voorbeelden van de werking van de T-machine. Beschouwen we nu zon
berekening (C) die het natuurlijk getal n betreft, dus:
C(n) = C(0), C(1), C(2), C(3),..., wat wil zeggen dat C(n)
gelijk is aan de activiteit van de T-machine op het getal n.
De vraag luidt of die activiteit ooit stopt: bestaat er een procedure
die kan beslissen of die berekening ooit stopt?
Stel dat we een procedure
A hebben die zegt dat C(n) nooit stopt. A moet
dus alle mogelijke procedures bevatten. (A is sound,
d.w.z.: geeft altijd correcte antwoorden). Als A zelf ooit
eindigt, dan weten we zeker dat C(n) nooit eindigt.
Als A
sound is, dan moet dit kunnen uitgemaakt
worden door een berekening. Er zijn verschillende berekeningen:
C0(n),
C1(n),
C2(n),...
Zo bijvoorbeeld is Cq(n)
de activiteit van de q-de
T-machine op n.
Procedure A(q,n) is de
specifieke berekening die bewijst dat Cq(n)
nooit stopt; stopt Cq(n)
wél, dan hebben we bewezen dat Cq(n)
onjuist is. Dus: als A(q,n)
stopt, dan stopt Cq(n)
nooit. Maar stel nu dat q=n.
Dan geldt dus: als A(n,n) stopt,
dan stopt Cn(n)
nooit. A hangt
dus af van één getal en zal dus één van de volgende
rekenprocedures zijn: C0,
C1,
C2,
C3,...
Stel dat het Ck
is: A(n,n) = Ck(n).
Stel nu dat k=n,
zodat geldt: A(k,k) = Ck(k).
Dan geldt dus: als Ck(k)
stopt, dan stopt Ck(k)
nooit. En dat is een contradictie. Procedure
A kan dus nooit
uitmaken of Ck(k)
al dan niet stopt. Als we dus weten dat A
sound is, dan weten we dat Ck(k)
nooit stopt. We weten dus iets dat A
niet kan bewijzen. Dus kan A
ons begrip niet omvatten! Gödel zegt nu dat
wiskundigen geen enkel sound algoritme
kennen dat in staat is om een wiskundige waarheid te bewijzen. (2)
(Wordt vervolgd)
(J.B., 10 oktober 1999)
Verwijzingen:
(1) Een bedenking bij het
abstraheren, bvb. inzake het tellen van dingen, het verkrijgen van
een begrip van kwantiteit onafhankelijk van de dingen die worden
geteld: o.i. is hier cruciaal dat het gaat om een afbeelden van de
tijd in het niet-tijdsgebondene. Tellen is een activiteit die tijd
vergt, een handeling die zich in de tijd afspeelt. Het getal
daarentegen is aan de tijd onttrokken, terwijl het toch refereert
naar een activiteit die tijd in beslag neemt, naar een duur dus. In
het getalbegrip wordt een act, of een duur, of iets tijdsgebonden,
onttrokken aan de tijd en ingepast in een tijd-loos kader,
bijvoorbeeld het kader van de natuurlijke getallen. Kwaliteiten
worden dus afgebeeld naar kwantiteiten. Men kan dus zeggen dat de
kwantiteit een bijzondere kwaliteit is, namelijk deze die kwaliteit
van de tijd (of van de activiteit) afbeeldt in een tijdloze ruimte
(hetzij een Euclidische ruimte, hetzij een ruimte van getallen,
hetzij eender welke ruimte van specifieke mentale beelden).
De activiteit van het abstraheren is dan niets anders dan het via de
ervaring terugvinden van kwaliteiten (wezenheden) in een wereld van
mentale beelden, in een mentale ruimte, waardoor precies die mentale
ruimte zichtbaarder of werkelijker wordt. Precies dit zo
doende zichtbaar maken van de mentale ruimte(n) is bewustzijn.
Bewustzijn is dus participeren aan (een bestaande)
mentaliteit of geest. Abstraheren is dan het positief
beantwoorden van de uitnodiging tot participatie aan de
geest(eswereld) - een uitnodiging die spreekt uit de dingen vanuit
bvb. hun schoonheid.
De visuele
verbeeldingskracht waarover Penrose het heeft, heeft dus zeker niets
te maken met virtuele realiteit. Mentale beelden zijn
niet-computationeel, maar waar blijft het sterke argument? O.i. Moet
onze hele opvatting/wetenschap op zijn kop worden gezet of binnenste
buiten worden gedraaid om dat te kunnen verstaan: het hogere brengt
het lagere voort en in geen geval is het andersom. Het lijkt
alleen andersom wanneer wij onze menselijke constructies verwarren
met het geschapene.
(2) Penrose geeft een
voorbeeld van zon ware en onbewijsbare stelling, namelijk de
volgende stelling, genaamd G (waarbij n een element is
van de natuurlijke getallen N):
(G): Er bestaat geen
enkel oneven getal dat de som is van n aantal even getallen.
Het is duidelijk want
evident voor ons, zegt Penrose, dat deze stelling waar is, maar wij
kunnen deze waarheid niet bewijzen.
Stel dat wij een poging
zouden ondernemen om de waarheid van (G) te bewijzen, dan zouden wij
dat moeten doen middels een algoritme dat alle mogelijkheden
narekent.
Na een oneindig lang
aantal berekeningen zouden wij nog steeds geen falsificatie van deze
stelling gevonden hebben, maar ook zouden wij nog steeds geen bewijs
gevonden hebben.
Dat bewijs zou er pas
zijn op het ogenblik dat we àlle mogelijkheden onderzocht hebben, en
dat zijn er oneindig veel. Het is dus een bewijs dat nooit eindigt,
nooit voltooid is, onvoltooibaar is.
Welnu, zegt Penrose:
misschien kunnen we wel bewijzen dàt zon bewijs nooit eindigt.
Stel eens dat we dat zouden kunnen, dan zouden we dat doen middels
een rekenprocedure, genaamd A.
Vanzelfsprekend zou die
rekenprocedure A dan wel eindig zijn, want anders hervielen we
in hetzelfde probleem.
Penrose toont nu aan (pp.
72-77): als wij veronderstellen dat A bestaat, dan leidt A
tot een contradictie, dus kunnen we niet veronderstellen dat A
bestaat, met andere woorden: zon rekenprocedure die de
oneindigheid van het bewijs van (G) moet aantonen, bestaat zelf niet.
Dus we kunnen niet bewijzen dat (G) waar is.
Het wonderlijke van
de stelling van Gödel bestaat er dus in, dat we kunnen inzien dat
bepaalde stellingen waar zijn, terwijl we tevens kunnen aantonen dat
we nooit zullen kunnen bewijzen dat die stellingen waar zijn.
Ik nodig U nu uit tot
deelname aan de ontmaskering van dit wonder, in de
volgende, korte uiteenzetting. Ik zal namelijk aantonen dat de
stelling van Gödel uiterst triviaal is. Met andere woorden zal ik
het volgende betogen: de stelling van Gödel is niet fout, maar ze
zegt in feite niets. Ziehier onze gedachtengang.
Een eerste vaststelling
is de volgende:
In de klassieke
rekenkunde nemen wij aan dat de rij van de natuurlijke getallen
oneindig is. Dat N een oneindig aantal elementen bevat, kunnen
wij niet bewijzen, maar we nemen het wel aan als zijnde waar en
onbetwistbaar. We poneren hiermee iets waarvan we eisen dat het waar
is, terwijl we ons er op voorhand bij neerleggen dat we het niet
kunnen bewijzen.
Een tweede vaststelling
is deze:
De telling is een vorm
van bewijs. Als ik de stelling poneer dat 3 opgeteld bij 4
gelijk is aan 7, dan bestaat een bewijs van deze stelling
daarin, dat ik III + IIII gelijkstel aan IIIIIII , waarbij ik tel
hoeveel IIIIIII werkelijk is, en dan kom ik tot de vaststelling
dat IIIIIII werkelijk gelijk is aan 7, en heb ik de waarheid
van deze stelling bewezen.
Correcter, kunnen wij de
axiomas van Peano ten berde brengen, en tot hetzelfde besluit
komen, maar wat we daarbij doen is eigenlijk reduceerbaar tot
telling, en wat ons hier aanbelangt is het bewijs door telling.
Nu hebben we aangenomen
dat de rij van de natuurlijke getallen ontelbaar is, met andere
woorden, dat er een oneindig aantal natuurlijke getallen bestaat,
terwijl we die niet kunnen tellen. Een grondstelling van de
rekenkunde, en laten we ze (N) noemen, luidt dus als volgt: Er
bestaat een oneindig aantal natuurlijke getallen. We nemen ook aan
dat deze stelling waar is.
Stel dat wij een poging
zouden ondernemen om de waarheid van (N) te bewijzen, dan zouden wij
dat moeten doen middels een algoritme dat alle mogelijkheden
narekent.
Na een oneindig lang
aantal berekeningen zouden wij nog steeds geen falsificatie van deze
stelling gevonden hebben, maar ook zouden wij nog steeds geen bewijs
gevonden hebben.
Dat bewijs zou er pas
zijn op het ogenblik dat we àlle mogelijkheden onderzocht hebben, en
dat zijn er oneindig veel. Het is dus een bewijs dat nooit eindigt,
nooit voltooid is, onvoltooibaar is.
Welnu, zou Penrose
zeggen: misschien kunnen we wel bewijzen dàt zon bewijs nooit
eindigt. Stel eens dat we dat zouden kunnen, dan zouden we dat doen
middels een rekenprocedure, genaamd B.
Vanzelfsprekend zou die
rekenprocedure B dan wel eindig zijn, want anders hervielen we
in hetzelfde probleem.
Het is nu duidelijk dat
wij geen eindige B kunnen vinden, tenzij B zich kan
beroepen op het axiomatisch karakter van (N). Wij moeten dus aannemen
dat (N) waar is, zonder bewijs. (N) is een grondstelling, een axioma.
Stel nu eens dat we die
grondstelling (N) zouden verwerpen als grondstelling. Welnu, dat
kunnen we gerust doen... mits we maar een andere stelling als
grondstelling poneren, bijvoorbeeld de stelling (G), of een andere,
of een combinatie van andere (onbewijsbare) stellingen waarvan we
eisen dat ze waar zijn.
We zien nu duidelijk het
volgende in:
(G) is onbewijsbaar omdat
(G) verwant is aan (N), en omdat we met betrekking tot (N)
hebben aangenomen dat (N) waar is terwijl we de waarheid van (N) niet
hoeven te bewijzen.
(G) is onbewijsbaar omdat
ook (N) onbewijsbaar is. En (G) is waar omdat ook (N) waar is. Maar
de onbewijsbare waarheid van (G) is helemaal niet verwonderlijk, want
we hebben zelf onbewijsbare waarheden in de rekenkunde ingestopt!
Vergelijk deze stand van
zaken met het schaakspel. Elke zet die men doet kan men verantwoorden
met betrekking tot eventuele tegenzetten en uiteindelijk met
betrekking tot het doel, namelijk het winnen van het spel. Maar men
kan geen enkele zet doen als er niet eerst spelregels bestaan, en
deze spelregels verantwoordt men vanzelfsprekend niet met het
argument dat men wil winnen, maar enkel met het argument dat men wil
kunnen spelen (dat is: hetzij winnen, hetzij verliezen; het argument
is dus: kunnen winnen en niet: winnen). De spelregels
zijn als het ware één pool van het spel: men kan bijvoorbeeld
argumenteren: Deze zet mag je niet doen, want hij is verboden,
dit wil zeggen: hij bestaat niet in dit spel; hij kan
niet. Dit is iets anders dan argumenteren: Deze zet mag je niet
doen, want dan zal je verliezen - je zegt dan dat de zet wel kan
maar dat het toch niet je bedoeling kan zijn om te verliezen, en dat
je hem daarom voor jezelf moet beschouwen als verboden. Noemen
we deze twee polen de objectieve en de subjectieve pool, dan kunnen
we de analogie met de rekenkunde gemakkelijk maken: in de rekenkunde
mag je niet de waarheid aan (N) ontzeggen, want anders kan je niet
meer rekenen. Word je geconfronteerd met bijvoorbeeld (G), dan moet
je ook inzien dat je hier weer op (N) botst, en dat het dus
vanzelfsprekend is dat (G), hoewel waar, toch onbewijsbaar is. Je kan
moeilijk verwachten dat (G) bewijsbaar zou zijn als (N) dat per
definitie niet is omdat (N) een grondstelling, een axioma, een
spelregel is. (G) is geen zet, maar een spelregel die zich voordoet
in een wat minder goed herkenbare vorm.
Een
opmerking met betrekking tot Penroses bewijs:
Penroses bewijs is ons
inziens eenvoudiger weer te geven, en wel als volgt.
We gebruiken de volgende
symbolen:
C: de bewerking C op n
A: de rekenprocedure die
wil bewijzen dat C nooit eindigt
eindigt
nooit
eindigt
ooit wel.
Stel dat C oneindig is en
dat A bestaat en A zegt dat C oneindig is, dan moet A
eindig zijn en ook sound, wat betekent dat het niet zo mag
zijn dat, als C oneindig is, een eindige A zou zeggen dat C
eindig is. In formulevorm krijgen we dan het volgende:
{((CC))
& ((CC))}
of {((CC))
& ((CC))}
met andere woorden:
((CC))
& ((CC))
met andere woorden:
CC)
Dus: als A zegt dat
C oneindig is, dan moet A sound zijn;
Dus: als A sound is,
dan kan A niets anders dan zeggen dat C oneindig is.
Dus: A is niet
hetzelfde soort berekeningen dat kan uitmaken dat C oneindig is. Dus:
alle berekeningen die kunnen uitmaken dat C eindig is, zijn
uitgesloten om van kracht te kunnen zijn om aan te tonen dat C
oneindig is. Dus: A als berekening bestaat niet.
Een
alternatief:
Als we er van uit gaan
dat de verzameling van natuurlijke getallen altijd eindig is, dus als
we er van uit gaan dat een getal pas bestaat als het geteld wordt,
dan duikt dit probleem niet op.
Gödel zegt: ge kunt niet
aantonen dat een bepaalde berekening nooit stopt. Maar tegelijk
aanvaardt men het als bewezen dat de rij van de natuurlijke getallen
nooit stopt. Hier zit dus de contradictie.
|