§ 123. Общая ориентация.

1. Поскольку учение о композициях есть заключительный отдел арифметики, выявляющий наиболее зрелые в диалектическом смысле формы числа, а именно выразительные формы, постольку надо особенно тщательно усвоить себе понятие композиции, связывая его по возможности в единое целое со всей арифметикой вообще.

a) Арифметика вся вырастает на перво–принципе, который у нас носит название единицы. В чистом виде единица вполне аналогична точке, не имеющей ни одного измерения, т. е. она в себе нерасчленима, хотя и является принципом различимости. Ее многосложная диалектическая судьба сводится к ряду погружений в инобытие и ряду новых возникновений из него—в обновленном виде. Погрузившись впервые в такое инобытие и натолкнувшись там на абсолютное препятствие (а таковым является для нее она же сама, поскольку она хочет в этом инобытии осуществиться, т. е. найти себя же саму), она отскакивает от инобытия к себе самой и превращается в новый тип числа, который поэтому в сравнении с натуральным рядом уже содержит в себе два смысловых слоя. А этот тип числа, устремившись в свое собственное инобытие и тем самым развернувши себя в арифметическое действие, снова наскакивает в этом инобытии на самого себя (по той же причине) и, отскакивая от него, т. е. от себя в инобытии, вновь возвращается к себе, содержа отныне в себе уже не два, а три смысловых слоя.

Первые два смысловых слоя были само число натурального ряда и многообразная скомбинированность его из единиц этого ряда. Три смысловых слоя, образовавшиеся в ставшей сущности, суть указанные два плюс их осуществленность в новом инобытии, в результате чего первые два становятся в определенное отношение к третьему слою, т. е. в результате чего образуется некое отношение, которое является законом построения целой комбинации чисел (напр., ряда). Разные диалектические ступени внутри этой ставшей сущности постепенно и все более и более конкретно осуществляют это отношение чисел на этой комбинации чисел.

Та ступень, которая дает отношение, пропорцию и ряд, еще оставляет указанные три слоя в том их сыром виде, в каком доставила их нам ставшая сущность. Но уже вторая ступень (делимость, комбинаторика, детерминанты) растворяет первые два слоя один в другом, так что остается только одно непосредственное число, воплощаемое на комбинации чисел. Третья ступень, матрица, сливает и два оставшихся слоя в один, так что ставшая сущность получает ровное и гладкое многомернее строение, когда перед нами целая система разных, но вполне равноправных чисел, данная в виде неподвижной таблицы. Та единица, с которой началась арифметика, расцвела здесь в целую систему разноприродных и разноскомбинированных единиц.

b) Но сущность единицы заключается в единичности, в объединении всего иного, чему она сообщается. И эта разноприродная разноскомбинированная единица переходит еще в дальнейшее инобытие, с тем что [бы ] и его превратить в себя, т. е. в эту разноприродную и разноскомбинированную коллективную единичность. Однако везде было так, что бытие, сообщаясь инобытию, отчуждалось от себя самого и снимало с себя план, снимало свой смысл, чтобы передать его инобытию и, таким образом, иметь этот смысл уже общим и для себя, и для евоего инобытия. Точно так же и здесь система чисел, передавая свой смысл инобытию, тем самым создает некую общую закономерность, одинаково присутствующую и на ней, и на ее инобытии, т. е. тем самым создается уже несколько систем, объединенных одной общей закономерностью.

c) С одной стороны, общая теория числа (§ 31) и многочисленные ее повторения в отдельных моментах диалектического процесса уже хорошо научили нас переходить от ставшего, наличного, бытия к выражению. Выразительная форма бытия возникает в тот момент, когда все внутреннее в бытии становится внешним и когда по внешнему необходимым образом узнается внутреннее, хотя это и две совершенно различные и несводимые одна на другую сферы. В ставшей сущности мы находим много «внутреннего». Весь тот смысл, который несла с собою чистая единица и который в дальнейшем дал разные типы числа и разные действия над ними, он тут зафиксирован в ставшей сущности как царящие внутри нее числовые отношения. Виднее всего это на ранней ступени наличного бытия (отношение, пропорция, ряд), гдз отношение пробегает по всему числовому ряду, само оставаясь неизменным. Здесь внутренний смысл ставшего в полном смысле оказывается внутренним, он не переступает границ ставшей сущности и потому не делается внешним. На второй ступени ставшей сущности этот внутренний тип уже менее внутренний. До него легче добраться. Сам он уже только односоставен, он только некое определенное число, данное в своем непосредственном количестве. Еще более внешним этот внутренний смысл ставшего делается на третьей ступени, на стадии матрицы. Здесь он, в сущности, вполне тождествен с внешней структурой; он весь перевоплотился во внешнюю структуру, поскольку матрица и есть система чисел как именно система чисел. Однако этого еще мало для выражения. Это только еще перво–принцип выражения, но не само выражение. Необходимо, чтобы это внутренно–внешнее бытие устремилось вовне, излилось смысловой энергией на иное и из бытия–всебе (хотя и выразительного) стало бытием–для–иного, и притом для всего иного (хотя и не растворилось в ином, а только смысловым образом открылось ему). Тогда, и только тогда, может идти речь о подлинном выразительном лике арифметической сущности числа.

d) Что же мы имеем в той системе систем, в том ряде рядов, который мы дедуцировали выше? Поскольку каждая система и ряд построены определенным образом, постольку они хранят в себе закономерность, которая для них вполне внутренняя. Но поскольку таких рядов несколько, постольку указанная закономерность, внутренняя для каждого из них, поневоле выходит за пределы каждого ряда, чтобы сообщиться другому ряду, и потому она уже перестает быть внутренней, а становится еще и внешней для всех этих рядов, внешней—ибо общей. Для каждого ряда эта закономерность внутренняя, так что, казалось бы, раз она внешняя для одного и другого, то внешняя она и для всех рядов, входящих в эту общую систему. Но с другой стороны, именно потому, что эта закономерность для всех рядов системы вполне общая, именно поэтому она для всех них и внешняя, так как она действительно осуществлена в каждом ряде, и для каждого ряда, взятого в отдельности, она, как осуществленная в другом ряде, внешняя, а стало быть, и для всех внешняя. Следовательно, закономерность эта есть бытие внутренновнешнее. Но поскольку указанных рядов несколько и они друг в отношении друга есть инобытие (хотя и тоже связанное определенной закономерностью), постольку наша общая внутренно–внешняя закономерность не покоится на месте, но пребывает в живом становлении, закономерно переходя не только в каждом ряде от одного элемента к другому, но и во всей системе рядов—от одного ряда к другому.

Таким образом, имея несколько числовых рядов, объединенных в одну общую систему так, что одна–единственная закономерность определяет собою как структуру каждого ряда, так и взаимоотношение всех рядов, имея такую систему рядов чисел, мы имеем подлинную выразительную форму арифметической сущности числа.

Эта закономерность системы систем и есть композиция.

2. а) Но для изучения диалектической природы композиции будет очень полезно дедуцировать ее из фактического содержания предыдущих категорий арифметики. Если мы знаем, что выражение есть смысловым образом становящаяся, энергийная внутренно–внешняя структура, то это дает нам путь и для конкретно–математической дедукции. Наличное бытие выносит в выражении свое внутреннее наружу. Но где у нас в предыдущем это наличное бытие, или ставшее, и в чем его внутреннее? Последней и наиболее зрелой формой ставшего у нас была матрица. Она несла с собою и определенный внутренний смысл, который мог быть только количественным ее содержанием. Да и вообще числовой смысл в арифметике неотличим от количества. Внутреннее тут—количество. Но оно, конечно, не есть количество вообще, а определенным образом скомбинированное количество. Последним для матрицы является только детерминант. Следовательно, чтобы перейти в сферу выражения, матрица должна вовне выявить свой детерминантовый смысл. А так как выше мы уже пришли к выводу, что в выразительной сфере число оказывается не просто системой, но системой систем чисел, то вот в какой форме ставится теперь диалектическая задача: как проявляет себя детерминант, когда он из внутреннего содержания одной матрицы становится закономерностью для комбинации сразу нескольких матриц в нечто единое? Ответить на этот вопрос—это и значит диалектически дедуцировать новую, выразительную категорию числа в арифметике.

b) Вспомним структуру детерминанта. Это есть «алгебраическая» сумма всевозможных Произведений данного числа элементов. Значит, ряд матриц должны 1) соединиться в одну общую неделимую совокупность и 2) каждая матрица этой совокупности должна быть одним из тех всевозможных произведений, которые допускаются данными элементами. Но что значит «всевозможные произведения»? Мы знаем, что эта «всевозможность» есть не что иное, как совокупность всех перестановок сомножителей. Следовательно, матрицы, входящие в нашу общую совокупность матриц, должны отличаться одна от другой так, как отличаются одна от другой перестановки некоторого данного числа элементов. Но эти перестановки играли в детерминанте ту роль, что они определяли собою те или иные произведения. Здесь же мы имеем дело не с детерминантами, а с матрицами. Значит, перестановки важны тут не в качестве непосредственно значащих произведений, но в аспекте ставшего, т. е. именно как перестановки. Мы берем все перестановки из данного числа элементов—и получаем ряд числовых комплексов, не прибегая ни к суммированию, ни к умножению, ни вообще к какимнибудь непосредственно значащим количественным операциям. Также и всю совокупность матриц мы берем не как их сумму, но просто как некую комплексную совокупность, т. е. в чисто матричном же смысле.

Итак, получается совокупность матриц, каждая из которых есть одна из перестановок данного числа элементов, а все они суть все возможные перестановки этих элементов. Здесь внутренняя детерминантовая значимость матрицы вышла наружу и, определивши собою совокупность матриц как целое, стала в отношении к ним внешним принципом. Так рождается новая категория арифметики—группа, прообразом и неизменным образцом которой является эта только что выведенная совокупность всех перестановок данного числа элементов, взятая как целое и представимая матричио. Здесь внутреннее числовое содержание матрицы как наличного бытия стало внешним законом ее взаимоотношений с другими матрицами, законом композиции матриц, а внешняя объединенность и внеположность элементов матрицы превратилась во внутренне самообоснованный ряд комплексов, когда каждый из них не цепенеет на месте как всякая матрица, но энергийно тянет [ся] ко всякому другому комплексу общей совокупности и ко всем им эместе.

c) Таким образом, группа, эта наиболее общая выраженная форма арифметического числа, коренится еще в детерминанте, где она, однако, еще связана непосредственной значимостью единичного числа и не развита в совокупность свободно эманирующих элементов. Так оно и должно быть, потому что если наличное бытие есть осуществление смысла, а всякое осуществление предполагает объединение с инобытием, выражение же есть всегда прежде всего некое такое объединение, то нечто выразительное должно крыться уже в наличном бытии, в ставшем. Но конечно, поскольку здесь инобытие привлечено только лишь как голый принцип и не дана его реальная структура, постольку ставшее есть лишь самое начало выражения, его перво–принцип. Когда же инобытие получает свою свободу, т., е. когда из принципа превратится в становление, тогда и воплощенный на нем смысл станет выразительным по своей структуре. Вот почему детерминант—перво–принцип числовой выразительности, еще запрятанный в глубине ставшей сущности числа, а группа—выразительное арифметическое число, развернутое в своей структуре.

d) Можно сказать еще и так—эта дедукция будет, пожалуй, яснее. В детерминанте самое главное—это непосредственно значащее число, вычисляемое из определенной комбинации других чисел (как сумма их всевозможных произведений). В матрице эти числа застывают в своей самостоятельности и уже больше не растворяются в общей числовой значимости детерминанта. В группе внутреннее содержание детерминанта выходит наружу, т. е. вся та сумма всевозможных произведений элементов, которая в детерминанте только предполагалась, но не была положена, теперь полагается, т. е. затвердевает так же, как элементы детерминанта затвердели в матрице. Теперь затвердевают уже не самые элементы, а те методы их комбинирования, которые приводили к числу как непосредственной значимости детерминанта, т. е. получается сумма всевозможных произведений, но уже не как сумма, а как комплекс и—не как произведений, но как комплексов, — ряд рядов. Тут, очевидно, по методу ставшего, т. е. внешне, матрично, явлено внутреннее содержание детерминанта. Остается, стало быть, чтобы это внутренновнешнее бытие получило развитие и перешло в смысловое становление. Для этого необходимо, что [бы] полученные комплексы закономерно один в другой переходили—путем той или иной операции. Это значит, что наши комплексы должны быть так подобраны, чтобы они были одновременно и комплексами элементов, тождественными с теми, из которых составлялись в детерминанте произведения, и такими комплексами, которые возникают один из другого путем однообразной операции. Последняя и есть композиция.

3. а) Итак, мы получили понятие группы и понятие композиции. Ipynna имеет в качестве закона своей структуры композицию. Спрашивается: о каких же композициях может идти речь в математике? Композиция есть закон объединения двух или нескольких чисел, вступающих в общую совокупность, именуемую нами как выразительное арифметическое число. Но ведь законы объединения чисел уже подробно обследованы нами в своем месте; это есть не что иное, как самые Обыкновенные арифметические действия. Кроме того, и диалектика может говорить только о том же самом. Поскольку внешнее тут не может быть только голым придатком, оно должно развиться в становление. Но становящееся инобытие, по–предыдущему, есть именно арифметическое действие (разнонаправленный счет). Следовательно, перебирая все известные арифметические действия, мы и получим разные виды композиции. Ведь детерминант, будучи освобожден от непосредственно–количественной значимости, рассыпался на ряд произведений, как и эти последние, освобожденные от того же самого, рассыпались на ряд дискретных друг в отношении друга чисел. Правда, выйдя изнутри наружу, детерминант вовсе не уничтожился, но, как было показано выше, наоборот, определил собою эту внешность. Но если бы только он определял эту внешность, то эта внешность так и осталась бы не выразительной, а перво–принципом выражения, каковым являлся и сам детерминант. Внешность должна вовлечь этот перво–принцип в свою стихию и превратить его в становление; только тогда внутренно–внешнее становление, понимаемое как особым образом сконструированный смысл, окажется настоящим выражением. Поэтому, хотя детерминантово–матрйчная основа и остается в группе и при желании она всегда Может быть выдвинута на первый план (как это делается, напр., в линейно–матричных представлениях групп), все же группа обладает, сверх того, еще и своим собственным законом композиции т. е. эти же самые элементы группы, освобожденные от непосредственно–числовой значимости детерминанта, оказываются связанными между собою еще особыми арифметическими действиями. Детерминантово–матричная структура группы залегает внутри группы, перекрываясь сверху еще особым композиционным слоем. Вернее же сказать, поскольку детерминантово–матричная структура должна быть сразу и внутренней, и внешней, одна и та же структура группы является и внутренновнешней детерминантово–матричной, и становящейся внутренно–внешней композиционной. Группа есть ряд матриц (следовательно, она таит в себе и детерминантную структуру), но в то же время переход от одной из этих матриц к другой совершается по особому композиционному закону (поэтому детермйнантовость тождественна здесь с композицией). Так ставшее, детерминантово–матрично наружу и композиционно распространяясь вовне, становится выразительной формой группы.

b) Войдем ближе в содержание понятия композиции. Сказано, что это есть попросту различные арифметические действия. Когда система наших числовых систем определена сложением и вычитанием, она называется модулем. Когда она определена умножением и делением, ее называют лучом или группой в узком смысле слова. Когда тут действуют сложение, вычитание и умножение, говорят о кольце. И когда, наконец, [говорят] о всех первых четырех действиях арифметики, [то] говорят об «алгебраическом» поле или теле (допуская обычную противоречивость в термине «алгебраический»). Наконец, прочие арифметические действия представлены в том, что называется расширениями поля.

c) Термин «группа» употребляется в разных смыслах. Тут, как и везде в математике, целый ряд неясностей термина. Прежде всего, неизвестно, относится ли теория групп к арифметике, к алгебре или к анализу (о геометрии согласимся, что тут только применение теории групп, хотя также можно было бы говорить, что функциональные группы суть только применение арифметических). Затем, если взять обычную формулировку группы, то она дается настолько широко, что сюда войдут и модули, и кольца, и поля, так что неизвестно, что же, собственно, считать группой в настоящем смысле. Можно условиться понимать под группой совокупность, образованную по закону умножения и деления. Наконец, при различии композиционных принципов все эти выразительно–числовые совокупности настолько близко совпадают по своей формальной структуре, что можно было бы избежать многих терминов, сводя их к общевыразительной терминологии и избегая столь любимых математиками схоластических нагромождений и усложнений.

Так как понятие группы—наиболее общее и широкое во всей этой выразительной сфере, то остановимся больше на нем.

§ 124. Теория групп.

1. Остановимся сначала на математическом определении понятия группы. Обычно это определение расчленяют на несколько тезисов, которые мы и рассмотрим с нашей обычной диалектической точки зрения.

a) Говорят: существует такая операция (ее называют композицией» или символическим умножением), при помощи которой два элемента (Ai) и (Aj) системы могут быть однозначно связаны. Другими словами* два любых элемента системы определяют собою однозначно некоторый свой совокупный результат, который условно можно назвать «произведением»; элементы тут «перемножаются».

В таком обычном широчайшем понимании композиции не говорится ни о каком определенном арифметическом действии. Не говорится тут даже и вообще об арифметических действиях. Под композицией тут можно понимать любое арифметически–алгебраическое действие и любое их объединение; можно понижать и любые геометрические процессы (вращение, сдвиг, перенос, отображение и пр.). Словом, понимайте тут что хотите, но только под одним условием: результат композиции должен быть обязательно определен входящими в нее элементами системы.

Ясно, что композиция в этом смысле есть самое общее, что характеризует группу, самый ее источник и первоисток. Она в этом смысле вполне играет роль перво–принципа в определении понятия группы.

b) Далее говорится: результатом данной композиции элементов группы является опять элемент той же группы. Диалектический смысл этого момента в определении группы очень важен.

Прежде всего, самый этот способ выражения хотя и вполне точный, но не вполне ясный, и не худо было бы подобные выражения заменить другими. Смысл этого утверждения заключается в следующем. Если мы имеем ряд элементов данной группы, то, очевидно, раз результат объединения каждых двух из них принадлежит к самой группе, сама группа состоит из этих объединений, точнее говоря, из всевозможных объединений («произведений»). Мы видим отсюда сразу, что упомянутый момент определения группы просто говорит о том, что группа есть система числовых систем, ряд рядов, и что эта система построена по определенному закону композиции. Если наш основной ряд есть А1А2, А3, А4, то, считая A1за единицу (о чем еще будет речь ниже), мы получаем такую таблицу, носящую имя таблицы Кэли:

Тут наглядно видно, почему группа есть ряд рядов и каково значение в ней композиционного принципа.

Задаваясь вопросом о том, какова категориально–диалектическая сущность этого момента определения понятия группы, мы должны обратить внимание на то, что указанный выше перво–прннцип группы, т. е. самая композиция, выставлен здесь двояко. Во–первых, весь основной ряд «перемножен» на первый член ряда, и, во–вторых, весь основной ряд «перемножен» на все члены этого же ряда. Другими словами, наш перво–принцип, композиция, во–первых, как–то осуществлен, осуществлен вообще; это значит, что мы уже покинули тут стадию первопринципа группы и перешли к ее принципу, к ее «бытию». Во–вторых же, он осуществлен тут вполне определенным образом, а именно так, что мы при этом осуществлении не только пробегаем весь ряд, но осуществляем еще и самый ряд—соответственно пробегая опять все его члены подряд. Это значит, что композиционный перво–принцип перешел тут от своего бытия к своему становлению: мы не только осуществили композицию, но еще раз пустили это осуществление в новое осуществление. Таким образом, утверждение, что в группе результат композиции двух элементов принадлежит в качестве элемента к самой группе, освещает сразу и бытие, и становление в самом понятии группы.

Отметим и то обстоятельство, что на приведенной таблице Кэли яснейшим образом видна сущность перво–принципа. Ведь всякий первопринцип (как это мы хорошо знаем, и прежде всего из § 23) присутствует в соответствующей ему сфере бытия совершенно одинаково и самотождественно, являясь в то же время и принципом всякого различия. В нашей таблице в каждом элементе группы одинаково и целиком присутствует идея определенного рода композиции двух элементов. Элементы везде тут разные, да и результат композиции везде разный. Но самая композиция формально везде одна и та же, и ее результат в этом смысле везде один и тот же.

c) Пойдем дальше. За становлением идет ставшее, наличное бытие. Наша композиция и все ее результаты пусть застынут в некоей твердой данности. Чем определяется эта твердая данность? В каком виде все элементы будут утверждены в качестве факта? Когда мы в § 65 переходили в область арифметических операций от становления к ставшему, мы столкнулись с т. н. законом счета. Как ведут себя элементы группы в этом смысле и применим ли к понятию группы этот способ рассуждения вообще?

Не без удивления мы находим в определениях понятия группы точные указания на эти законы. А именно, 1) утверждается, что композиция группы обязательно обладает ассоциативным законом, т. е. что (Φτ)и= φ(τυ), и что, стало быть, выражение φτυ имеет также вполне определенный, единственный смысл, что и φτ. С другой стороны, коммутативный закон совсем не обладает такой обязательностью, так что, вообще говоря, φτ ≠ τφ и все группы делятся на коммутативные (Абелевы) и некоммутативные.

d) Но в особенности ярко торжествует свою победу наша пятиступенная диалектика, когда мы задаемся вопросом о том, где же завершительный, выразительный момент определения понятия группы и как на своем языке выражают его математики. Его можно выразить более общо и менее общо. Для первого случая вспомним, какую форму принимало у нас выражение в применении к действиям. Арифметическая операция превращается тут в целый комплекс действий, который в иной комбинации своих направлений оказывается уравнением. Уравнение всегда выразительно, давая метод движения от внешнего неизвестного к известному внутреннему или от внешнего известного к внутреннему неизвестному. Если к элементам; группы применим принцип уравнений, т. е. если уравнения с неизвестными в качестве элементов группы обязательно разрешимы, то возможность этих уравнений и обеспечит нам искомую выразительность определения понятия группы. Действительно, если принять во внимание возможную некоммутативность, то, оказывается, для каждой группы уравнения

φχ=τ

yφ=τ

обязательно разрешимы если, конечно, φ не равно нулю), и притом однозначно разрешимы. Это звучит, однако, довольно отвлеченно, и мы можем употребить тут гораздо более конкретные выражения.

А именно, из предыдущих уравнений вытекает, что необходим и случай φχ=φ, т. е. необходимо, чтобы если φ не равно единице, то оно в иных случаях и равнялось единице. Точно так же уравнение φχ = τ разрешимо только тогда, когда возможен и случай φχ=1, т. е. когда имеется некое φ такое, что φ · φ–1= 1. Это сразу накладывает резкий отпечаток на понятие группы; и в руководствах по теории групп в качестве обязательных моментов определения содержатся еще и такие два: в системе, именуемой «группа», существует элемент–единица, т. е. такой элемент ε, что для любого φ системы имеется φε = εφ = φ; и для любого элемента φ системы существует в системе обратный элемент, такой, что φ φ»1= 1.

Кажется, нефилософ и недиалектик не может и прикоснуться к пониманию подлинного категориального значения для двух обязательных элементов каждой группы, элемента–единицы и обратного элемента. Кажется, еще никому из математиков не пришло в голову понимать эти элементы как выразительные формы логического определения понятия группы. А между тем совершенно неясно, зачем говорится об этих элементах уже в определении группы. Если математики вводят их в определение, то вовсе не потому, что они имеют потребность в логической системе, и вовсе не потому, что понимают весь логически–завершительный смысл этих двух элементов в понятии группы, но исключительно только потому, что в иных группах, а в особенности в геометрических (напр., в группе вращений), эти элементы обладают неотразимой очевидностью, и бьющей в глаза очевидностью, так что, давая после этого общее определение группы, уже никак нельзя обойти упоминания об элементе–единице и обратном элементе. Таким образом, если математики и вводят это упоминание в самое определение группы, то исключительно в результате ползучего эмпиризма, но никак не в результате диалектической ясности самого понятия группы. Тем более нужно быть благодарным исследователям, впервые захотевшим представить это понятие во всей его кристально–философской ясности.

Необходимо, между прочим, отметить, что как из однозначной разрешимости указанных уравнений вытекает наличие элемента–единицы и обратного элемента, так и из этого наличия вытекает однозначная разрешимость этих уравнений. Поэтому выразительный характер общих элементов группы нужно понимать не только в связи с приведенными уравнениями, но и самостоятельно, из них самих. В этом случае, однако, выразительная форма, пожалуй, еще ощутимее. Дело в том, что все предыдущие моменты определения понятия группы обладают слишком принципиальным характером и ничего не говорят о реальном протекании в ней композиционного принципа. Элемент единица указывает, напротив того, на некое начало реального оформления группы, т. е. оформления как чего–то целого, а обратный элемент указывает на разнообразные смысловые направления, господствующие в реальном организме группы. То и другое, несомненно, свидетельствует о конкретной выразительности группы.

2. Усвоивши себе логический состав самого понятия группы, обратимся к примерам группы, потому что только здесь можно вполне ощутительно воспринять то, о чем отвлеченно говорит диалектика понятия.

a) Укажем прежде всего чисто числовые, т. е. в собственном смысле арифметические, группы.

Группой является уже самый обыкновенный натуральный ряд чисел, и притом в разнообразном смысле. Пусть, напр., композицией является сложение. Какие бы два числа из натурального ряда мы ни взяли, их сумма безусловно окажется в том же самом натуральном ряду. Пусть композицией будет умножение. И опять, какие бы два числа ни взять, их произведение все равно принадлежит натуральному ряду. Допустим, что у нас имеется совокупность чисел натурального ряда, обладающая тем признаком, что разность каждых двух чисел относится к этой совокупности. Говорится, что число а сравнимо с числом Ъ по модулю с, если они при делении на с дают всегда один и тот же остаток. При такой точке зрения натуральный ряд чисел разбивается на ряд классов, в каждом из которых содержатся все числа, сравнимые между собою по данному модулю. Если у нас модуль = 5, то мы получаем следующий ряд рядов, или классов чисел:

0, 5, 10, 15 …

1, 6, 11, 16 …

2, 7, 12, 17 …

3, 8, 13, 18 …

4, 9, 14, 19 …

Дальнейшие классы, очевидно, были бы только повторением уже данных, и, следовательно, классов возможно здесь столько, каково количественное значение модуля. Все эти пять классов чисел, на которые разбивается натуральный ряд чисел по модулю 5, образуют собою модуль в широком смысле, или вид группы. Легко увидеть на такой группе применение всех указанных выше моментов определения группы.

Из области чисел возможны и более сложные групповые построения. Так, напр., из теории групп можно вывести малую теорему Ферма.

b) Приведем пример группы функций, а именно рациональных функций. Пусть мы имеем, напр., такие шесть функций:

Простым вычислением убеждаемся, что эти функции являются элементами некоей единой группы, если под композицией понимать получение функции от функции, т. е. подстановку в одну из функций функции другой функции вместо. Точно так же все целые функции комплексного переменного образуют группу, если под композицией понимать опять получение функции от функции: целая функция от целой всегда будет тоже целая.

с) Однако особый интерес представляют геометрические группы. Рассмотрим, напр., группу вращений какой–нибудь плоской фигуры. Возьмем равносторонний треугольник лвс и посмотрим, как его можно вращать так, чтобы в результате вращения он совпадал с самим собою. Если мы перечислим все такие способы вращения, они образуют собою группу вращений. Оказывается, таких способов существует шесть: 1) оставление данного треугольника в покое; 2) поворот вокруг центра на 120°, чтобы в попало в а, С—в в и а—в С; 3) поворот вокруг центра на 240° (или на 120° в обратную сторону), чтобы С попало в а, а—в в и в—в С; 4) поворот на 180° вокруг оси ad; 5) то же вокруг be; 6) то же вокруг cf. Будем понимать под композицией замену двух вращений соответствующим эквивалентом в виде одного вращения. В таком случае нетрудно убедиться, что шесть указанных вращений образуют группу, потому что каждые два из них образуют какое–нибудь третье (напр., соединение вращений 2–го и 5–го дает 6–е).

Интересны также группы вращений правильных многогранников, переходящих в самих себя. Таковы группы 12 вращений тетраэдра, 24 вращений октаэдра и куба, 60 вращений додекаэдра и икосаэдра.

В § 63 были указаны геометрические типы построений—аффинный, проективный и «метрический» (эквиформный). Мы можем понимать эти построения как типы преобразований и говорить, таким образом, о группах преобразований. Эквиформная группа, основанная на преобразованиях подобия, состоит из таких элементов, которые указывают на масштабы фигуры, но оставляют в полной неизменности их конфигурацию. Это и есть наша элементарная геометрия, изучающая лишь те свойства, которые остаются инвариантными при всех преобразованиях подобия. Все эти преобразования составляют группу, эквиформную группу, если под композицией понимать последовательное проведение преобразований подобия. Исключим отсюда ортогональность, продолжая сохранять в наших преобразованиях параллельность. Мы получим аффинную группу преобразований. А отказываясь также еще и от параллелизма, получаем проективную группу преобразований.

Возьмем для примера прямоугольник. Сосредоточимся на его свойстве как именно прямоугольника, т. е. на равенстве диагоналей. Тогда все преобразования, оставляющие неизменным это равенство, образуют собою эквиформную группу. Но для этого равенства диагоналей необходимо, чтобы прямоугольник при всех своих преобразованиях сохранял свою конфигурацию, т. е. оставался подобным себе, т. е. чтобы углы его были соответственно равны, а стороны параллельны. Отвлечемся от равенства углов. Тогда наш прямоугольник будет рассматриваться как вообще параллелограмм, т. е. в нем мы будем фиксировать в качестве основного свойства уже не равенство диагоналей, а только их взаимное деление пополам. Все преобразования, оставляющие неизменным это свойство, суть аффинная группа. Наконец, забывая и о параллельности сторон, т. е. о параллелограммности, и начиная видеть в прямоугольнике только четырехугольник, иными словами, не равенство диагоналей и не их взаимное деление пополам, мы получаем проективную группу преобразований, если наши преобразования оставляют неизменным только этот простой факт.

d) Обозревая все эти примеры группы, мы выносим ряд поучительных иллюстраций. Мы видим, как разнообразна бывает композиция. Она допускает какое угодно взаимоотношение двух элементов, только бы оно было твердо фиксировано. Мы замечаем, как действует коммутативность и ассоциативность композиции. Коммутативность явно выполняется отнюдь не везде. Напр., понимая под композицией вычитание, а под группой натуральный ряд в первых примерах, мы отнюдь не можем считать, что 3—2 = 2 — 3. Если мы берем чистые вращения (напр., плоскости вокруг начала координат), то композицией является здесь складывание одного угла вращения с другим. Такая группа, очевидно, коммутативная. Но попробуем присоединить к вращениям также зеркальное отображение, т. е. при вращении плоскости ху вокруг начала еще имеется симметрия относительно оси у. В этом случае элементы могут и не коммутировать. Не коммутативна также группа ортогональных преобразований в трехмерном пространстве и пр. Наоборот, в подавляющем большинстве случаев налична ассоциативность^ композиции. Это обеспечивает нам то, что мы можем осуществляй нашу композицию на любых элементах. Не будь (φτ)υ=φ(τυ), это значило бы, что не каждый элемент может вступать в композицию с каждым элементом, сохраняя свою индивидуальную значимость. Впрочем, в упомянутом примере с композицией в виде вычитания мы имеем дело с неассоциативной группой, так как (2 —5) —2 #2 —(5—2).

Пусть фигура вращается, увеличивается в масштабе и зеркально отражается. Один и тот же результат получится и когда мы вращаем и увеличиваем, а потом зеркально отображаем, и когда сначала увеличиваем, а потом вращаем с зеркальным отражением. Наконец, везде было видно в предыдущих примерах, где там элемент–единица и где обратный элемент. Яснее всего это в геометрии. В группе вращений, напр., элементом–единицей является состояние покоя, а обратным элементом—вращение в обратную сторону. В группах преобразований уменьшению соответствует увеличение, а зеркальному отражению — новое зеркальное отражение и пр. В модуле, приведенном выше (п. 1а), единичным элементом является нуль, в примере же на функциональную группу—∫₀=x· Заметим, однако, что, в сущности говоря, и элементединица вопреки заявлениям математиков в конце концов необязателен. Его нет, напр., в той группе, которую образует собою натуральный ряд чисел 1, 2, 3, … и композицией для которой является сложение, так как не существует никакого числа ряда, которое бы в сложении с единицей оставалось бы самим собою. В то же время ряд 0, 1,2, 3,… имеет такой единичный элемент в этих условиях, и он равен 0.

Имея все это в виду, можно сказать, что в конце концов из всех моментов определения понятия группы только первые два остаются совершенно необходимыми—это однозначность композиции и принадлежность ее результата к общей совокупности.

3. а) Рассмотрим еще один пример группы—пример, который, однако, имеет для всей теории групп первостепенное значение, так что это даже не пример, а скорее общий метод представления всякой группы вообще. Это именно группа подстановок. Кстати, она теснее свяжет наше изложение с тем, что говорилось вначале относительно дедукции группы вообще.

Мы уже знаем, что такое перестановки. Чтобы получить одну перестановку из другой, надо произвести известную подстановку. Ясно, что всех возможных подстановок η чисел столько же, сколько возможно всех их перестановок. Из трех элементов, как известно, возможны шесть перестановок:

123 123 1 23 123 123

132 321 213 231 312.

Их мы можем понимать как подстановки[916]причем под каждым верхним числом подписываем то, которое подставляется вместо верхнего. Так, первая подстановка оставляет все число без изменения (т. н. тождественная подстановка); вторая переводит 1 в 1, 2 в 3, 3 в 2; третья цереводит 1 в 3, 2 в 2 и 3 в 1 и т. д. Нетрудно убедиться, что это есть именно группа подстановок, если под композицией понимать последовательное проведение подстановки. Так, «помножим» второй элемент группы на третий: вторая подстановка оставляет 1 без изменения, третья же переводит ее в 3; вторая переводит 2 в 3, третья же 3 в 1; наконец, вторая переводит 3 в 1, третья же 1 в 2; итак, получаем новую подстановку 3, 1, 2, а это есть не что иное, как шестая подстановка. Ассоциативность тут, безусловно, сохранена, но коммутативности не существует—это легко увидеть при соответствующих операциях. Единичным элементом тут является тождественная подстановка, а обратный сразу виден для любой подстановки. Итак, это группа.

b) Часто случается, что, изучая разные предметы, мы замечаем, как они при всей своей несхожести выражаются одной и той же группой, для которой существует, таким образом, только одна таблица Кэли. Такие группы называют изоморфными или, точнее, одноступенно–изоморфными. Другими словами, если элементы двух групп можно расположить так, что если AiAk= Al, то и BiBk=Bhто эти группы изоморфны. И вот в теории групп доказывается теорема: всякая отвлеченная группа изоморфна некоторой группе подстановок. Это сразу видно из таблицы Кэли, в которой каждая строка содержит как раз все элементы группы, а переход от одной строки к другой есть только перестановка этих элементов. Если так, то отсюда мы получаем некоторый универсальный метод исчерпывающего представления любой группы, который к тому же замечательно прост и удобен (хотя простота эта скорее теоретическая, а не практическая). Если мы вспомним вышеприведенный пример с вращением равностороннего треугольника, где этих вращений было именно шесть, то эту же самую группу мы можем представить как группу подстановок трех вершин треугольника А, В, С:

Так же можно представить и приводившуюся группу шести рациональных функций (представляющую, кстати сказать, группу значений ангармонического отношения[917]четырех точек на прямой при всевозможных их перестановках).

c) Но обратим внимание на то, как мы «перемножаем» подстановки. Тут полная аналогия с «умножением» матриц. Можно поэтому всякую группу представить матрично; всякая группа есть в известном смысле группа матриц. Возвращаясь к нашему примеру группы шести рациональных функций, мы можем представить ее изоморфно в матрицах второго порядка так:

То же в виде матриц третьего порядка так:

соответственно таблице Кэли:

Тут мы возвращаемся к данной вначале диалектической дедукции группы из детерминантно–матричных отношений. Ряд матриц связан здесь единым композиционным принципом, скользящим от одного элемента к другому и охватывающим их все вместе. Выразительная природа композиции сказывается именно в этом тяготении одного элемента к другому, в этом смысловом становлении, которое образуется по причине того, что каждый элемент есть «произведение» двух других и все, таким образом, объяты одним взаимным тяготением.

d) Это делается еще яснее, когда мы стараемся осознать обычно практикуемый в теории групп метод циклического представления. Циклом называется такая подстановка, в которой каждый знак заменяется следующим за ним, а последний—первым. При этом совершенно неважно, с какого знака начинать, лишь бы сохранялся указанный порядок. Ничто не мешает и всякую подстановку расположить так, чтобы смена знаков происходила последовательно, как указано только что; или, точнее, всякая подстановка может быть представлена как произведение циклов, не имеющих общих элементов. Следовательно, всякая подстановка, т. е. всякая группа, в этом смысле циклична, и притом однозначно–циклична. Но циклическое расположение наилучше рисует тот момент в композиции группы, который мы именуем выразительно–становящимся. Цикличность по самому своему смыслу есть нечто становящееся. Поэтому она и отражает в себе наилучше выразительную природу группы. Ведь выражение есть именно фигурно–становящаяся, текучая сущность.

e) Наконец, важно знать еще и то, что полная группа всех возможных подстановок данного числа знаков обладает одним специальным свойством. Именно, если под степенью группы понимать число знаков, участвующих в подстановках, то все η подстановок η знаков образуют т. н. симметрическую группу n–й степени. Такова, напр., тройная группа, приведенная выше в виде таблицы Кэли, или четверная, которую еще рельефнее можно выразить так:

Мы видим здесь замечательную симметрию знаков относительно обеих диагоналей таблицы. В теории групп доказывается, что симметрическая группа содержитчетных и столько [же] нечетных подстановок. Группа всех четных подстановок л знаков называется полусимметрической, или знакопеременной, группой.

4. До сих пор мы занимались, собственно говоря, только определением понятия группы, мало входя в рассмотрение ее структуры в собственном смысле. Но развитое выше понятие группы со всеми его подробностями в отношении структуры самой группы есть только перво–принцип. Поэтому развитая структура группы должна быть рассматриваема еще с весьма многочисленных точек зрения. Укажем некоторые понятия из теории групп, относящиеся к структуре группы.

a) Структура группы в ее принципе (а не перво–принципе), в ее бытии характеризуется различным комбинированием входящих в нее элементов. Введем необходимейшее понятие подгруппы. Это та группа, все элементы которой входят в другую группу; в отношении последней она и называется подгруппой. Структура группы выявляется проще всего при помощи разложения по модулю. Если Μ подгруппа J, то имеется известное количество элементов А, Б, С, … J таких, что J=MA+MB+MC+ …+MJ. Это значит, что мы компонируем последовательность элементов, составляющих подгруппу Μ со всеми элементами, входящими в но не входящи[ми] в М. Такое комбинирование называется разложением группы J по модулю М, а всякая система элементов А, В,… J называется полной системой вычетов по модулю М. Тут полная аналогия со структурой модуля в узком смысле (т. е. когда композицией является сложение и вычитание), о котором нам уже приходилось упоминать (п. 2а) и о котором еще будет речь в § 126.

Впрочем, если гнаться за диалектической точностью, то к «бытию», или «принципу», структуры группы относится не разложение по модулю, а самый модуль, потому что только он и есть идеальная картина разложения. Самое же разложение, т. е. реальное разложение, предполагает уже некое становление бытия (или принципа), и закон этого становления выражен именно полной системой вычетов. Таким образом, полная система вычетов есть позднейшая стадия; она не только не самое бытие, но даже и не самое становление; она—закон становления, т. е. ставшее.

На основании теоремы Лагранжа о том, что порядок любой подгруппы есть делитель порядка группы, определяют структуру низших групп. Так, нетрудно найти, что групп четвертого порядка—две. Поскольку 5 и 7—простые числа (а известно, что группа, порядок которой есть простое число, может быть только циклической), то для порядков 5 и 7 получается только один тип, циклическая группа. Для группы 6–го порядка возможны: 1) циклическая группа, образованная одним элементом 6–го порядка; 2) если же она не циклическая, то ее элементы могут быть 2–го или 3–го порядка, причем все не могут быть 2–го порядка. И т. д.

b) Несколько другой план структуры группы составляют т. н. сопряжения. Если в данной группе А, В, С являются элементами и В=С~1АС, то говорят, что В сопряжено с А, а сама эта операция получения Вт А называется преобразованием элемента А посредством элемента С. Всматриваясь в это понятие сопряжения, мы замечаем, что последнее есть полная аналогия равенству или, если угодно, подобию.

Но только это равенство или подобие нужно понимать,, так сказать, «групповым» способом. Отсюда сопряжения соответствуют не просто структуре группы в ее бытии, но структуре группы в ее становлении, ибо фигура должна быть погружена в становление, чтобы превращаться в другую фигуру, подобную ей. Сопряжениями бывают не только элементы, но и комплексы. Если какую–нибудь подгруппу данной группы будем преобразовывать всеми элементами группы, то мы получим подгруппы, сопряженные с данной подгруппой. Эти подгруппы, конечно, могут частично совпадать и одна с другой, и с первоначальной подгруппой. Ничто не помешает выбрать из них различные.

c) Отношение А->С–1АС называется также автоморфизмом, а именно внутренним автоморфизмом. След., внутренний автоморфизм мы получаем, в случае когда мы из данного элемента получаем его же самого, но с преобразованием при помощи другого элемента. Прочие автоморфизмы (если они существуют для данного элемента) называются внешними. Автоморфизм—это просто взаимно однозначное соответствие группы с самой собою. Это понятие совсем не так излишне, как это могло бы показаться с первого раза. Пусть, напр., мы имеем группу отражений, или переносов, геометрической фигуры, обусловливающую собою явление симметрии. Если бы здесь фигура не переходила в себя саму, то не было бы и самой группы ее отражений, или переносов. Тут же видно и то, что понятие автоморфизма (как и понятие сопряжения) предполагает становление структуры группы, так как без собственного перехода в инобытие группа не могла бы стать и автоморфной.

Соответственно–взаимная однозначность двух разных групп называется изоморфизмом или, точнее, однозначным, одноступенным изоморфизмом. Многозначный изоморфизм или тот, который охватывает все соотношения между элементами как в одной, так и в другой группе, но не предполагает взаимной однозначности, называется гомоморфизмом. Здесь каждому элементу одной группы соответствует один элемент другой группы, но одному элементу этой другой может соответствовать несколько элементов первой группы. Теоремы, связанные с фактами изоморфизма и гомоморфизма, явно предполагают инобытие группы в виде другой группы и их определенное структурное взаимоотношение (в частности, при изоморфизме—тождество).

d) Уже эта структурность становящихся групп есть нечто ставшее. Более заметно это на тех подгруппах, которые остаются неизменными в процессе, где становление группы яснее всего, т. е. оказываются неизменными относительно всех внутренних автоморфизмов группы.

Пусть мы имеем случай, когда все решительно подгруппы, сопряженные с первоначальной, совпадают с нею. Это будет значить, что наша подгруппа коммутирует со всяким элементом группы. Вместо любого элемента группы можно будет брать эту подгруппу во всех групповых операциях. Это далеко еще не значит, что каждый элемент этой подгруппы коммутирует с каждым элементом группы. Такую подгруппу называют инвариантной или нормальным делителем группы. Другими словами, нормальный делитель и есть подгруппа, инвариантная при всех внутренних автоморфизмах. И ясно, что здесь мы получаем указание на структуру группы как на нечто ставшее, так как сопряжение нашей исходной подгруппы с элементами группы пришло здесь к определенному результату. Тут мы реально подходим к тому наличному бытию групповой структуры, с которым столкнулись выше, в п. 4а. Нетрудно сообразить, что в Абелевых группах все подгруппы инвариантны. В группе всех подстановок трех знаков имеется один нормальный делитель: 1, (1, 2, 3), (1, 3, 2). Группа всех подстановок четырех знаков имеет нормальный делитель 12–го порядка и один 4–го. В каждой группе все элементы можно распределить на ряд классов без общих элементов так, что элементы одного класса сопряжены между собою, а элементы различных классов не сопряжены. Эти классы называются классами сопряженных элементов. Существует ряд интересных и простых теорем о нормальных делителях, которых мы здесь не будем касаться.

е) Наконец, выразительной стороной групповой структуры может явиться т. н. композиционный ряд. Назовем максимальной инвариантной подгруппой группы такую, что в последней не существует другая инвариантная подгруппа, которая бы содержала первую. Максимальных инвариантных подгрупп может быть несколько и—разных порядков. Так, циклическая группа 6–го порядка имеет максимальные инвариантные подгруппы 2–го и 3–го порядков. Можно всю группу расщеплять так, что получится ряд максимальных инвариантных групп, входящих одна в другую. Это и называется композиционным рядом. Таких рядов в группе может быть несколько. По теореме Жордана—Гёльдера, два композиционных ряда одной и той же группы всегда изоморфны.

Все эти указываемые нами моменты структуры группы являются беглыми и примитивными, играющими роль скорее образцов для диалектического ее исследования. Большая подробность невозможна в нашем сочинении, а потому нам надлежит обратиться к одной области, где выразительная природа группы явлена с наибольшей силой.

§ 125. Геометрия чисел, или теория групп как учение о наивысшей арифметической выразительности.

1. Уже давно было замечено, что художественные формы часто подчиняются удивительно закономерным правилам, достигающим прямо геометрической и вообще математической точности. Изучение мировой орнаментики в особенности дает в этом отношении интересный материал, который, между прочим, часто поддается расшифрованию только при помощи теории групп. Групповая структура, оказывается, бессознательно выполнялась еще древними художниками в симметриях орнамента, равно как они в точнейшем виде выполняются и в природе, напр. в формах кристаллов. Коснемся некоторых явлений в этих областях, чтобы наглядно убедиться в выразительной природе числовой группы вообще[918].

a) Под плоской точечной решеткой понимается результат [отображения] двух векторов: pi и р2(не на одной прямой), откладывающих χ ι и х2раз (х1х2=0, ±1, ±2, …) одно и то же единичное расстояние χιρι+χ2ρ2. Точечная решетка есть точки с целочисленными координатами в той или иной прямолинейной системе координат. Или, наоборот, для всякой решетки точек можно конструировать такую систему координат, для которой р1и р2являются единичными векторами обеих осей. Конгруэнтное отображение точечной решетки на саму себя называется ее симметрией. Ее можно установить или при помощи вращения всей плоскости вокруг той или иной точки, или при помощи зеркального отображения относительно данной оси симметрии. Все эти движения точечной решетки образуют группу. Спрашивается: какова же структура этой группы?

b) Остановимся на группе вращений. С самого начала ясно, что всякая точечная решетка допускает относительно любой своей точки вращение на 180° в условиях совпадения всей решетки с самой собою, так как всякая прямая в результате такого вращения совпадает сама с собою. Но отсюда следует, что группы вращения могут быть в нашем случае только четного порядка. Так, возьмем группу 4–го порядка, т. е. будем вращать нашу решетку вокруг некоторой точки 0 на углы по 90°. Мы убеждаемся, что если при вращении на 180° любая решетка совпадает с самой собой, то при вращении на 90° совпадает с самой собой только квадратная решетка. Легко заметить также, что существует одна решетка, совпадающая сама [с] собою при вращении на 60°, т. е. при вращении 6–го порядка. Это та, которая состоит из ряда равносторонних треугольников, или гексагональная. Меньше чем на 60° не допускает вращения ни одна решетка, совпадающая с собою, потому что стороны образующегося при соединении ближайших от центра точек многоугольника оказались бы меньше единичного расстояния в решетке и, след., вся точечная система нарушается.

Итак, группа вращений решетки, совпадающей с самой собой, может быть 2, 4 и 6–го порядков, и только этих порядков, причем в первом случае решетка может быть любой формы, т. е. прямоугольной и параллелограммной, во втором—она обязательно квадратная и в третьем—обязательно гексагональная.

c) Посмотрим, каковы возможные здесь зеркальные отражения. Прямоугольная, и в частности квадратная, решетка зеркально отображается относительно любых прямых решетки, а также относительно прямых, им параллельных и проходящих через центры прямоугольников. Что же касается непрямоугольных решеток, то единственной допускающей отображение на саму себя является ромбовидная решетка, которая может быть получена из прямоугольной путем прибавления к ней в качестве точек решетки центров прямоугольников, так как в данном случае стороны прежнего прямоугольника являются взаимно перпендикулярными диагоналями полученных ромбов. Таким образом, группа ромбовидных зеркальных отображений тождественна с группой прямоугольных.

Итак, мы имеем три группы вращений и одну группу зеркальных, отображений. Ни при каких других условиях вращения и отображения плоская решетка не совпадает сама с собой.

d) И вращения, и отображения могут еще соединяться с переносом. Посмотрим, как это возможно. Что касается вращений, то всякое вращение с переносом можно заменить просто другим вращением. Вращение вокруг точки на 180°, соединенное с переносом 0 в 0', тождественно с таким же вращением около середины отрезка 00'. Поэтому плоскую решетку можно вращать на 180° не только около ее общих точек, но и около точек посредине между любыми двумя точками. Из этих новых центров вращения вместе с точками данной решетки получится другая решетка, подобная первоначальной и половинного в сравнении с нею измерения. Квадратная решетка допускает, кроме того, вращение на 90° вокруг средних точек квадратов. Эти новые центры вращения образуют свою квадратную решётку, повернутую в отношении старой на 45° и в отношении к ней половинную по площади. Что же касается вращения на 60°, то тут центрами вращения могут быть только точки самой решетки, потому что средние точки равносторонних треугольников в качестве центров вращения дали бы вращение уже 3–го порядка.

Таким образом, только вращения 2–го и 4–го порядков могут дать в соединении с переносом центры вращения, отличные от точек решетки. Вращение же 6–го порядка допускает перенос центра только с одной обыкновенной точки на другую.

Что же теперь делается с осями отражения, когда к последнему присоединяется перенос? Всякий такой перенос может быть разложен на перпендикулярный к оси отражения и на параллельный к ней. Если направление переноса перпендикулярно к оси отражения, то результат будет снова отражением, но только относительно оси, проходящей через середину самого переноса. Если же перенос параллелен к оси отражения, то мы получаем скользящее отражение. В случае объединения отражения с переносом мы должны различать прямоугольную и ромбовидную решетки. В первой возможны только обычные оси (или оси скользящего отражения) с той или иной кратностью элементарному расстоянию решетки компонентов переноса по сторонам прямоугольников или через середины сторон параллельно другим сторонам. Во второй решетке кроме обычных осей отражения по параллельным прямым самой решетки возможна посредине каждых двух параллельных еще ось скользящего отражения.

e) Приведем в качестве примера на группу вращений и зеркальных отражений плоской решетки мозаику храма Изиды в Помпее (рис. 12). Чтобы разобраться в структуре этой мозаики, отбросим то, что не соответствует здесь основной симметрии. Тут мы находим в шестиугольниках круги с фигурой в пять лучей. Очевидно, единой группы вращения здесь не может получиться. Равным образом скрещенные овалы предполагают вращение на 90°; места же, на которых они находятся, вращаются только на 180°. Наконец, вверху и внизу мы находим шесть полумесяцев, которые тоже трудно объединить с общей системой вращений, Остается, стало быть, только шестиугольная рещетка, она же и ромбовидная, которую легче обозреть на такой схеме (считая, что круги с пятилучевой фигурой находятся в точках решетки).

Перед нами тут гексагональная решетка. Другими словами, перед нами тут группа вращений 6–го порядка плоской решетки. Здесь легко увидеть все, что говорилось выше о ромбовидной решетке. Тут невозможны вращения на 90°, если мы хотим, чтобы решетка совпадала с самой собой. Невозможно тут и присоединение переноса, которое бы <…>[919]центры вращения в не принадлежащие решетке точки. Зато если иметь в виду ось зеркального отражения, то она допускает не только перенос по сторонам ромбов, но и по скользящей оси посредине между двумя сторонами с половинным размером по сравнению с единичным расстоянием решетки. На рисунке чистые оси отражения проходят через центры пятилучевой фигуры, оси же скользящего отражения— через центры сплетенных овалов.

2. История орнаментики дает массу прекрасных примеров на разнообразные группы. Тут мы находим группу зеркальных отражений, группу скользящих зеркальных отражений, группу переносов, группы вращений на 60°, 90°, 120°/и 180°. G. Polya[920]перечисляет 17 разных групп, приводя соответствующую таблицу. Пользуясь этими указаниями, а также указаниями упомянутого A. Speiser'a, приведем несколько примеров из египетской орнаментики[921].

Рис. 14 дает нам прямоугольную решетку. Основная фигура повторяется тут в зеркальных отражениях. Оси симметрии совпадают с осями отражения, отстоящими одна от другой на половину решеточного расстояния. Схемой этой группы служит рис. 15.

Рис. 16 дает ромбовидную решетку типа схемы рис. 17. Основная фигура орнамента обладает средней точкой, через которую проходят две оси отражения. Решетка переносов лучше всего видна на розетках. Через лилии проходят горизонтально простые и скользящие оси. Вертикальные оси также смешанные. Скользящие оси—между лилиями.

Орнамент рис. 18 построен по схеме 19. Здесь основная фигура возникает из фигуры с центром через отражение относительно оси, не проходящей через этот центр. Оси симметрии, параллельные к ней, суть только простые оси отражения, перпендикулярные же—только скользящие оси. В орнаменте можно отбросить основные завитки: получится фигура с той же группой симметрии, типа рис. 20, но с вертикальным переносом. Наоборот, если оставить одни завитки, то группа продолжает быть точно указанного типа (рис. 19), который можно получить из рис. 21 с продолжением отражения.

На рис. 22 мы находим группу вращений на 90° без всяких отражений. Это квадратная решетка с основной фигурой, допускающей только указанное вращение, и ничего более. Ее схема—рис. 23.

Менее интересен орнамент рис. 24 с основной фигурой, обладающей вращением на 90° и четырьмя осями отражения, которые проходят через ее центр, наподобие креста с равными концами. Здесь, так сказать, слишком «буквальные» отражения. Гораздо сложнее зато орнамент на рис. 25. Тут основная фигура возникает из фигуры с вращением в 90° через отражение относительно оси, не проходящей через центр. Оси симметрии, параллельные к сторонам квадратов, являются осями отражения, но только они не проходят через неподвижные точки вращений, проходя посредине между ними. Обе совокупности других осей состоят только из осей скользящего отражения. Решетка переносов здесь тоже квадратная, хотя ее и не сразу видно (нужно повернуть рисунок на 45°, и тогда станет заметным квадрат со сторонами, проходящими через четыре средние точки). В орнаментах это обычно. В заключение прибавим еще два примера из восточного искусства, Один[922], рис. 26, — это группа вращений в 60° с 6 складными <…>.[923]

осями. Основной фигурой является здесь нечто вроде бантика трилистника, который, однако, не сразу выделяется. Этот замечательный образец относится к XIV в. (мечеть в Каире). Другой такой же замечательный образец восточной орнаментики[924]—рис. 27. Основную фигуру и тут не сразу рассмотришь—простой крест с 16–кратной симметрией. Тут мы находим группу вращений в 90°, потом четыре вида осей отражения, потом еще восемь дальнейших симметрий, соединенных с отражениями, т. е. скользящие отражения в плоскости, которые перемещают один на место другого оба ряда лежачих крестов. Что же касается вращений, то тут мы находим вращательные отражения вокруг центров розеток с углами в ±90°; горизонтальные и вертикальные винтовые оси между розетками; две группы простых витых осей, повернутых на 45° по сравнению с предыдущими и проходящих через центр розеток; и вращательные отражения на 180° (пространственный центр симметрии) вокруг средних точек концов крестов.

3. Наконец, богатейший и интереснейший материал для теории групп дает кристаллография, где замечательный русский кристаллограф Федоров определил и вывел групповое строение кристаллов. В настоящее время можно говорить вообще о кристаллическом пространстве, в котором играют основную роль отражения и движения, лежащие в основе симметрии, аналогично с рассмотренными выше плоскими решетками. Группы, определяющие собою кристаллическое пространство, формулируются чисто теоретически, и само кристаллическое пространство получает вполне априорную структуру. Так выводится 32 кристаллических класса, таблицу которых можно найти в нижеуказываемом руководстве. Мы, однако, не станем приводить этот материал, потому что принципы групповой структуры достаточно иллюстрируются фактами плоской решетки.[925]

§ 126. Модуль, кольцо, поле.

Выше, в § 123, п. Зb, были указаны все основные формы выразительного числа. Из них мы коснулись только группы. Остановимся вкратце и на прочих формах.

1. а) Когда разность каждых двух элементов совокупности принадлежит к самой совокупности, последняя носит название модуля. В § 124, п. 2а, для модуля был приведен простейший числовой пример. Без дальнейшего видно, что модуль есть элементарный вид ряда рядов и что поэтому является выразительной формой (как это вытекает из § 123). Также отчетливо видно, что здесь налицо вся наша пятиступенная диалектика. Перво–принципом модуля в узком смысле слова является, очевидно, композиционный принцип вычитания: это совокупность таких элементов, разность каждых двух из которых относится к самой совокупности. Принцип модуля (т. е. принцип его структуры) есть совокупность всех разностей, которые в нем возможны, потому что принцип есть первообразная структура перво–принципа, а эта совокупность и дает нам последовательный ряд всех возможных взаимоотношений, определяющих структуру модуля. Этот последовательный ряд тоже называется модулем. Здесь, следовательно, имеются в виду наименьшая разность двух элементов и все ее кратные. Говорится: два числа а и Ъ— сравнимы по модулю т, если разница (а—b) есть число модуля. Но если этот фундаментальный ряд разностей есть принцип, или бытие, модуля, то каждый реальный ряд чисел, входящий в модуль, есть уже становление модуля, так как каждый такой реальный ряд чисел есть постепенное и последовательное осуществление этих разностей.

b) Становлению должен быть поставлен предел. В модуле это делается путем т. н. полной системы вычетов. Чтобы усвоить диалектическое значение вычетов, обратим внимание на то, что математики в применении к модулю говорят не о ряде рядов, но о ряде классов, пbнимая под классом совокупность чисел, равноостаточных при делении на число модуля. Тогда, имея какое–нибудь число а, мы можем сказать, что всякое другое число того же класса есть вычет числа а по модулю т. Кроме того, как ясно видно из примера, приведенного в § 124, п. 2а, для каждого модуля т имеется и т разных классов. А так как судить о классе можно по любому его числу, то проще всего судить по наименьшему вычету. Система представителей всех классов и есть полная система вычетов. Если, напр., модуль =10, то полной системой вычетов может служить ряд 0, 1,2,…, 9. С диалектической точки зрения полная система вычетов определяет собою границы возможных типов становления всей системы. Она определяет собою, сколько классов и какие классы чисел входят во всю систему модуля. Остается, след,;? чтобы все классы были реально построены согласно этой системе вычетов, и—мы получаем всю систему модуля как арифметически выразительную форму. Внутренняя структура модуля, т. е. первоначальный ряд кратных разностей, включается внешнесмысловым образом в виде различных классов чисел, точно зафиксированных по абсолютному значению чисел. Но внутренно–внешняя смысловая форма есть выражение.

2. а) В § 123, п. Зb, мы имели также указание на понятие кольца. Кольцо есть система с двойной композицией, так как оно является системой элементов, из которых каждая пара однозначно определяет их сумму и их произведение, причем эта сумма и это произведение тоже принадлежит к системе. Как и в отношении понятия группы (§ 124), эта композиционная структура кольца есть результат его перво–принципа, его принципа (структуры) и его становления. В наличном бытии кольца мы находим различные законы сложения и умножения элементов (коммутативность умножения необязательна), дающие возможность строить отдельные «классы» в пределах кольца. Тут необходимо заметить, что когда произведение равно нулю, то это еще не значит, что один из сомножителей всегда равен нулю. Когда ни один сомножитель не равен нулю (при произведении их =0), то они называются делителями нуля (пример: пары чисел, когда сложение и умножение этих пар определяется комплексно, образуют кольцо с делителями нуля). Если этих делителей нуля нет и кольцо коммутативно, его называют областью целостности.

Что касается, наконец, выразительного момента в понятии кольца* то, как и в категории группы (§ 124), мы имеем здесь элемент–единицу и обратный элемент. Но только эта единица налична здесь отнюдь не всегда. Так, целые числа образуют кольцо с единицей, а четные— кольцо без единицы.

b) Если от понятия кольца перейти к его реальной структуре, то тут мы сталкиваемся сначала с понятием подкольца, т. е. нового кольца, входящего в состав данного кольца, а потом с очень важным понятием идеала, вполне аналогичным понятию нормального делителя в группе. Если в состав данного кольца входит такая совокупность элементов, что из вхождения в нее двух элементов следует вхождение в нее и их произведения и что в нее же входит и произведение одного из ее элементов на произвольный элемент кольца, то такая совокупность называется идеалом кольца. Если оставить в стороне нулевой идеал (состоящий только из нуля) и единичный идеал (содержащий все элементы кольца), то идеалом, порожденным через элемент а, мы называем идеал, состоящий из всех элементов вида га+па, где г—элемент кольца, а η—вообще целое число. Это есть наименьший идеал, содержащий а, потому что во всякий идеал (а) по крайней мере входят все кратные га и все суммы ±Σα=ηα. Идеал (а) есть пересечение всех идеалов, содержащих а. Идеал (а) называется главным идеалом. Идеал вообще может порождаться и несколькими элементами.

К кольцу применимы также понятия изоморфизма и гомоморфизма, аналогично группам. И как там нормальные делители были связаны с явлением гомоморфизма, так здесь с этим явлением связаны идеалы. Имея два гомоморфные кольца, мы разбиваем кольцо на классы, именно на совокупности элементов одного кольца, имеющих один и тот же образ в другом кольце. Класс кольца, соответствующий нулю при гомоморфизме этого кольца с другим кольцом, является идеалом первого кольца, а все прочие классы суть классы вычетов этого идеала, так что всякому гомоморфизму соответствует идеал. Можно сказать и так: при помощи идеала можно построить кольцо, гомоморфное с данным. В это кольцо войдут элементы в виде классов вычетов по идеалу. Кольцом вычетов исчерпываются все кольца, гомоморфные с данным, откуда можно сказать, что кольцо классов вычетов изоморфно с элементами другого кольца. Или: кольцо, гомоморфное с другим, изоморфно кольцу вычетов последнего. И обратно, кольцо вычетов по данному произвольному идеалу есть гомоморфное отображение кольца. Пусть мы имеем кольцо целых чисел. Классами вычетов по какому–нибудь положительному числу окажутся в этом кольце классы, дающие при делении на число этого идеала тот или иной постоянный остаток.

Эта картина построения колец требует диалектической фиксации, аналогичной с теорией групп (§ 124). А именно, один класс чисел, входящий в кольцо, окажется первообразным, указывая на основную структуру «бытия» кольца, а наличие вообще классов указывает на его становление. Вычеты приводят к наличному бытию, впервые создавая реальное существование классов с абсолютным значением отдельных элементов. Это и есть идеалы, или нормальные делители кольца. Отсюда уже вытекает и выразительная форма кольцевой структуры, которая может быть представлена в виде кольца главных идеалов. Здесь внутреннее строение идеала оказывается выходящим за пределы идеала, так как оно распространено на все кольцо, структура которого оказывается, таким образом, внутренно–внешней. Уже кольцо целых чисел содержит только главные идеалы, откуда область целостности с единицей, в которой каждый идеал является главным, и есть не что иное, как кольцо главных идеалов. Кольцо целых гауссовских чисел a+bi также есть кольцо главных идеалов.

3. а) Наконец, в § 123, п. Зb, была указана и еще одна выразительная форма, это—поле. Поле можно определить как кольцо, в котором уравнения ах=b и уа — b всегда разрешимы при αφ0 (и, конечно, при условии, что имеется по крайней мере один элемент, не равный нулю). Попросту говоря, поле есть совокупность элементов, над которыми можно производить четыре арифметических действия, не выходя за пределы самой совокупности. Отсюда перво–принципом поля является двойная композиция—сложения (вычитания) и умножения (деления). Выявляется этот перво–принцип в том, что поле состоит из элементов как из результатов этой композиции. Тут же—и законы вычитания и умножения, аналогичные предыдущему. Стоит отметить, что поле не может содержать делителей нуля. Из разрешимости указанных выше уравнений вытекает существование элемента–единицы и, в дальнейшем, обратного элемента. Поэтому диалектика понятия поля вполне аналогична диалектике понятия группы, модуля и кольца.

b) Обратимся к реальной структуре поля.[926]