‹

12 · ชนิดกับบทพิสูจน์

12 · ​ชนิด​กับ​บทพิสูจน์

​บท​นี้​ถาม​ว่า​เกิด​อะไร​ขึ้นกับ​รางวัล​เชิง​ปรัชญา​ที่​เก่าแก่​ที่สุด — ​ความแน่นอน — ​เมื่อ​บทพิสูจน์​เอง​กลายเป็น​สิ่งประดิษฐ์​ที่​ตรวจสอบ​ได้ ​นี่​คือ​การไต่​สวน​ครั้ง​ที่สี่​ของ​ภาค II ​สาม​บท​ก่อนหน้า​ถาม​ว่าการ​คำนวณ​ทำ​อะไร​ได้ ​ใช้เวลานาน​แค่​ไหน ​และ​เคลื่อน​อะไร

​ความแน่นอน​จะ​เหลือ​อะไร ​เมื่อ​บทพิสูจน์​กลายเป็น​สิ่งประดิษฐ์

​ปี 1976 ​ทฤษฎีบท​สี่​สี (four-color theorem) ​ถูก​พิสูจน์​ด้วย​โปรแกรมคอมพิวเตอร์​ที่​ไล่​ตรวจการ​จัดวาง​แผนที่​เกือบ​หนึ่ง​พัน​ห้า​ร้อย​แบบ ​จำนวน​ที่​ไม่​มีม​นุษย์​คน​ไหน​ไล่​ด้วยมือ​ไหว ​คน​พิสูจน์​คือ Kenneth Appel ​และ Wolfgang Haken ​บท​ที่ 03 ​นั่ง​อยู่​กับ​แรง​สั่นสะเทือน​ของ​คำตัดสิน​นั้น​มา​แล้ว: ​บทพิสูจน์​ที่​ยาว​เกิน​กว่า​นัก​คณิตศาสตร์​คนใด​จะ​อ่าน​จบ​ตั้งแต่​ต้น​จน​จบ ​เกือบ​สามสิบ​ปี​ต่อมา Georges Gonthier ​ปิด​อีก​คดี​หนึ่ง​ของ​ทฤษฎีบท​เดียวกัน ​การทำให้​เป็น​รูป​นัย (formalization) ​ของ​เขา ​เสร็จ​ใน proof assistant ​ชื่อ Coq ​และ​ตีพิมพ์​เป็น "Formal Proof — The Four-Color Theorem" (Notices of the American Mathematical Society 55, 2008: 1382–1393) ​ไม่​ได้​รัน​ข้อโต้แย้ง​ของ Appel ​กับ Haken ​ซ้ำ​เฉยๆ ​มัน​สร้าง​บทพิสูจน์​ทั้ง​ชิ้น​ขึ้น​ใหม่ ​ทั้ง combinatorics ​และ​การไล่​ตรวจ​กรณี ​ให้​เป็นลำดับ​ขั้นตอน​ที่ kernel (​แกน​ตรวจสอบ) ​เล็กๆ ​ที่​ไว้ใจได้​รับรอง​ความถูกต้อง ​และ​คน​คนเดียว​ตรวจ​ได้​ทีละ​บรรทัด​ใน​หลักการ ​ทฤษฎีบท​ที่​เคย​เป็น​สัญลักษณ์​ของ​บทพิสูจน์​ที่​วิ่ง​พ้น​ความเข้าใจ​ของ​มนุษย์ ​กลาย​มา​เป็น​ทฤษฎีบท ​ใน​มือ​ของ Gonthier ​ที่​แสดงว่า​ความเข้าใจ​ถูก​แทนที่​ได้​ด้วย​บางอย่าง​ที่​เข้มงวด​กว่า​ผู้อ่าน​มนุษย์​คนใด: ​เครื่องจักร​ที่​ไม่​อ่านผ่านๆ

​สิ่ง​ที่​ทำให้ kernel ​ของ Gonthier ​ไว้ใจได้​คือ​ความสอดคล้อง (correspondence) ​ที่​ถูก​ค้นพบ ​ไม่​ใช่​ถูก​ออกแบบ ​และ​ค้นพบ​ซ้ำ​ถึง​สอง​รอบ Haskell Curry ​สังเกต​ใน​ปี 1934 ​ว่า​ชนิด (type) ​ที่​กำกับ combinator ​ใน​ตรรกะ​เชิง​การจัด (combinatory logic) ​อ่าน​ได้​ใน​ฐานะ axiom scheme ​ของ​ตรรกะ​เชิง​เงื่อนไข​แบบสัญ​ชาน​นิยม (intuitionistic) ​และ​ใน​ปี 1958 ​ว่า​ส่วนหนึ่ง​ของ​ระบบ​พิสูจน์​แบบ Hilbert ​ตรง​กับ​ส่วนหนึ่ง​ของ​ตรรกะ​เชิง​การจัด​ที่​มี​ชนิด​กำกับ ​สาม​ทศวรรษ​ถัดมา William Howard ​ทำการ​เทียบเคียง​นั้น​ให้​แม่นยำ ​โดย​ไม่​รู้​ประวัติ​ทั้งหมด​ของ Curry ​เขา​ส่ง​ต้นฉบับ​เวียน​อ่าน​ใน​ปี 1969 ​และ​มัน​ได้​ตีพิมพ์​ในที่สุด​เป็น "The Formulae-as-Types Notion of Construction" ​ใน festschrift ​ปี 1980 ​ที่​ทำ​ขึ้น​ให้ Curry ​โดย​มี Jonathan Seldin ​และ J. Roger Hindley ​เป็น​บรรณาธิการ Howard ​แสดงว่า​บทพิสูจน์​ที่​เขียน​ใน​สไตล์​การนิรนัย​ธรรมชาติ (natural deduction) ​ที่ Gerhard Gentzen ​เสนอ​ไว้​ใน​ปี 1935 ​กับ​โปรแกรม​ที่​เขียน​ใน​แคลคูลัส​แลมบ์ดา​ที่​มี​ชนิด​อย่าง​ง่าย (simply typed lambda calculus) ​คือ​วัตถุ​ชิ้น​เดียวกัน​ที่​มอง​จาก​คนละ​ด้าน: ​ประพจน์​คือ​ชนิด ​บทพิสูจน์​ของ​ประพจน์​คือ​โปรแกรม​ของ​ชนิด​นั้น ​และ​การลดรูป​บทพิสูจน์ — ​ตัดทาง​อ้อม​ทิ้ง — ​คือ​การรัน​โปรแกรม N. G. de Bruijn ​คิด​ไอเดีย​รุ่น​เดียวกัน​นี้​ขึ้น​เอง​ใน​เวลา​ไล่เลี่ยกัน​แทบ​พอดี ​และ​วาง​มัน​ลง​ใน​ระบบ Automath ​ของ​เขา ​ก่อนที่​เขา​กับ Howard ​จะ​รู้​ว่า​อีก​ฝ่าย​ทำ​เรื่อง​เดียวกัน​อยู่ ​นักวิจัย​สาม​คน ​คน​หนึ่ง​มาจาก​ตรรกศาสตร์ ​คน​หนึ่ง​มาจาก combinator ​คน​หนึ่ง​มาจาก​ตัว​ตรวจสอบ​บทพิสูจน์​อัตโนมัติ ​ต่าง​เจอ​รอยต่อ​เดียวกัน​ครั้งแล้วครั้งเล่า — ​หลักฐาน​ที่​หนัก​ที่สุด​ที่​หนังสือ​เล่ม​นี้​มี ​สำหรับ​ข้อกล่าวอ้าง​ของ​มัน​เอง​ว่า​ปรัชญา​กับ​การคำนวณ​คือ​โครงการ​เดียว​ที่​ถูก​ค้นพบ​ซ้ำ ​ไม่​ใช่​สอง​โครงการ​ที่​ยืม​ของ​กัน

​ความสอดคล้อง​นี้​คือ​การแก้แค้น​ของ​ความนอกรีต​ที่​มีอายุ​นับ​ศตวรรษ ​บทความ​ปี 1908 ​ของ L. E. J. Brouwer ​เรื่อง "The Unreliability of the Logical Principles" ​ปฏิเสธ​กฎ​แห่ง​ไตร​วินิจฉัย (law of excluded middle) — ​ข้อกล่าวอ้าง​ที่ว่า​ทุก​ประพจน์​เป็นจริง​หรือ​เท็จ​อย่างใดอย่างหนึ่ง​เสมอ — ​สำหรับ​คณิตศาสตร์​ที่​วัตถุ​ของ​มัน​เป็น​สิ่ง​สร้าง​ทางจิต ​ไม่​ใช่​ข้อเท็จจริง​ที่​เป็นอิสระจาก​จิต ​ต่อยอด​จาก​โครงการสัญ​ชาน​นิยม (intuitionism) ​ที่​เขา​เปิด​ไว้​ใน​วิทยานิพนธ์​ปี 1907 ​ตลอด​ศตวรรษ​ที่ 20 ​เกือบ​ทั้ง​ศตวรรษ ​ข้อ​ปฏิเสธ​นี้​ดูเหมือน​รสนิยม​ของ​คนกลุ่มน้อย ​เป็นความ​ลังเล​ใจ​ที่​นัก​คณิตศาสตร์​ผู้ทำงาน​จริง​มองข้าม​ได้​อย่าง​ปลอดภัย Curry–Howard ​อธิบาย​ว่า​ทำไม​มัน​เลิก​เป็น​ทางเลือก​ใน​โลก​ของ proof assistant: ​บทพิสูจน์​เชิง​สร้าง (constructive proof) ​ที่ว่า​บางสิ่ง​มี​อยู่ ​ภายใต้​ความสอดคล้อง​นี้ ​ต้อง​เป็น​โปรแกรม​ที่​สร้าง​สิ่ง​นั้น​ออกมา ​ส่วน​บทพิสูจน์​เชิง​คลาสสิก (classical proof) ​แบบ​พิสูจน์​โดย​ข้อขัดแย้ง — ​สมมติ​ว่า​ไม่​มี​วัตถุ​นั้น​อยู่ ​อนุมาน​ความขัดแย้ง ​สรุป​ว่า​มัน​มี​อยู่ — ​ไม่​ตรง​กับ​โปรแกรม​ใด​เลย ​เพราะ​มัน​ไม่​บอก​วิธี​สร้าง​อะไร​สัก​อย่าง Coq, Agda ​และ Lean ​ที่​รากฐาน​คือ​การสร้าง (implementation) ​ของ​ทฤษฎี​ชนิดสัญ​ชาน​นิยม (intuitionistic type theory) ​ไม่​ใช่​เพราะ​ภักดี​ทาง​ปรัชญา​ต่อ Brouwer ​แต่​เพราะ​มี​แต่​ส่วน​เชิง​สร้าง​เท่านั้น​ที่​คืน​โค้ด​ที่​รัน​ได้​กลับมา​ให้ สัญ​ชาน​นิยม​กลายเป็น​วิศวกรรม​ที่​แบก​น้ำหนัก​จริง ​พอดี​ตรงจุด​ที่​มัน​เลิก​ถูก​ขอให้​ปกป้อง​ตัวเอง​เชิง​ปรัชญา

​พอกล​ไก​นั้น​มี​อยู่ ​คณิตศาสตร์​ก็​ยื่น​บทพิสูจน์​ที่​ยาก​ที่สุด​และ​ยาว​ที่สุด​ของ​ตัวเอง​ให้​มัน​ตรวจ Thomas Hales ​พิสูจน์​ข้อ​คาดการณ์​ของ Kepler (Kepler conjecture) ​สำเร็จ​ใน​ปี 1998 ​ว่า​ไม่​มี​วิธี​อัด​ทรงกลม​ขนาด​เท่ากัน​แบบ​ใด​แน่น​ไป​กว่า​กอง​ผลไม้​ที่​พ่อค้า​เรียง​ไว้ ​แต่​ข้อโต้แย้ง 250 ​หน้า​นั้น​เป็น​แบบ​ดั้งเดิม​ครึ่งหนึ่ง ​ใช้​คอมพิวเตอร์​ช่วย​อีก​ครึ่งหนึ่ง ​กินเวลา​ผู้ตรวจ​ทาน​สิบสอง​คน​ไป​สี่​ปี ​และ​จบ​ลง​ที่​ความมั่นใจ​เพียง 99 ​เปอร์เซ็นต์​ว่า​ถูกต้อง Hales ​ตอบ​ด้วย​การเปิด​โครงการ Flyspeck ​ใน​ปี 2003 ​เพื่อ​สร้าง​ทุก​ขั้นตอน​ขึ้น​ใหม่​ภายใน HOL Light ​และ Isabelle ​งาน​รูป​นัย​เสร็จ​ใน​ปี 2014 ​ตรวจสอบ​และ​ตรวจ​ซ้ำ​โดยอิสระ​ใน​ปี​เดียวกัน ​ตีพิมพ์​เป็น "A Formal Proof of the Kepler Conjecture" (Forum of Mathematics, Pi, 2017) ​บท​ตั้ง (lemma) ​หลาย​หมื่น​ข้อ​ของ Flyspeck ​วาง​อยู่​บน kernel ​ที่​เล็ก​พอให้​คน​หยิบมือเดียว​ตรวจ​ได้​ครบ​ทุก​บรรทัด ​แทน​ผู้ตรวจ​ทาน​สิบสอง​คน​ที่​สุ่ม​อ่าน​ได้​เพียง​บางส่วน​ของ​บทพิสูจน์​ที่​ยาว​เกิน​กว่า​จะ​อ่าน​จบ mathlib ​ของ Lean ​คลัง​ที่​โต​ขึ้น​ทุกวัน​และ​ชุมชน​ช่วยกัน​ตรวจ ​ยืน​บน​รากฐาน​เดียวกัน ​วันนี้​มัน​ทำ​ผลลัพธ์​ทั่ว​ทั้ง​คณิตศาสตร์​ให้​เป็น​รูป​นัย​ไป​พร้อมกับ​ที่​ผลลัพธ์​เหล่านั้น​ถูก​พิสูจน์ "​เรื่อง​นี้​ถูก​ตรวจสอบ​แล้ว​หรือยัง" ​จึง​เลิก​เป็นเรื่อง​ของ​ชื่อเสียง ​และ​กลายเป็น​คำถาม​ที่​เครื่องจักร​ตอบ​ได้

Vladimir Voevodsky ​ดัน​ตัว​รากฐาน​เอง​ไป​อีก​ขั้น Homotopy Type Theory: Univalent Foundations of Mathematics ​เล่ม​รวม​ที่​เขียน​โดย​โปรแกรม​ของ Institute for Advanced Study ​ที่​เขา​เป็น​ผู้นำ ​ตีพิมพ์​ปี 2013 ​เสนอ​ให้​อ่าน​ชนิด (type) ​ไม่​ใช่​เซต​เปล่าๆ ​แต่​เป็น​ปริภูมิ (space) ​และ​อ่าน​บทพิสูจน์​ความเท่ากัน​ระหว่าง​สมาชิก​เป็น​เส้นทาง​ระหว่าง​จุด ​ภายใต้​สัจพจน์​เอก​ค่า (univalence axiom) ​ของ Voevodsky ​โครงสร้าง​ที่ isomorphic ​กัน​ถือเป็น​สิ่ง​เดียวกัน​ได้ ​คำ​ว่า "​เท่ากัน" ​คำ​ที่​เก่าแก่​ที่สุด​และ​ถูก​ใช้​ผิด​หนัก​ที่สุด​ใน​คณิตศาสตร์ ​จึง​ได้ความ​หมาย​ที่​แม่นยำ​และ​ตรวจสอบ​ได้ ​ความหมาย​ที่​มัน​ไม่​เคย​มี​จริงๆ ​มา​ก่อน

​ไม่​มี​อะไร​ใน​นี้​ส่งมอบ​ความแน่นอน​แบบ​ที่ Hilbert ​ต้องการ​ใน​ปี 1930 ​การรับประกัน​ของ proof assistant ​แข็งแรง​เท่า kernel ​ของ​มัน​เท่านั้น kernel ​วาง​อยู่​บน​คอมไพเลอร์ ​คอมไพเลอร์​วาง​อยู่​บน​ฮาร์ดแวร์ ​และ​ฮาร์ดแวร์​พัง​ได้ — ​การถอย​กลับ​ไม่​รู้​จบ (regress) ​อัน​เดียว​กับ​ที่ Wittgenstein ​กดดัน​กฎ​ใดๆ ​ที่​อ้างว่า​ตีความ​ตัวเอง​ได้ ​และ​อัน​เดียว​กับ​ที่​บท​ที่ 03 ​ยกขึ้น​มา​เป็นปัญหาเก็ต​ติ​เยร์ (Gettier problem) ​ของ​เซนเซอร์​และ​ไปป์​ไลน์ ​สิ่ง​ที่ Curry–Howard ​ส่งมอบ​ให้​แทน​คือ​ความแน่นอน​ที่​ถูก​ออกแบบ​ใหม่​เป็น​งบประมาณ: ​แทนที่จะ​ไว้ใจ​ข้อโต้แย้ง 250 ​หน้า​กับ​ผู้ตรวจ​ทาน​ที่​เหนื่อยล้า​สิบสอง​คน ​ให้​ไว้ใจ kernel ​ไม่​กี่​พัน​บรรทัด ​ระบุ​ให้​ชัด​ว่า​อะไร​ต้อง​พัง​บทพิสูจน์​จึง​จะ​ผิด ​แล้ว​ให้​เท่านั้น​เป็นความ​สงสัย​ที่​เหลืออยู่​ทั้งหมด ​ปรัชญา​อยาก​ให้​บทพิสูจน์​ปิด​ข้อโต้แย้ง​เด็ดขาด​ครั้ง​เดียว​จบ ​ข้อเสนอ​โต้กลับ​ของ​การคำนวณ​คือ​บทพิสูจน์​ที่​บอก​ได้​แม่นยำ​ว่า​ข้อโต้แย้ง​ที่​เหลือ​นั้น​เล็ก​แค่​ไหน

​เชื่อมโยง

​บท​ที่ 01 ​แนะนำ​ความสอดคล้อง Curry–Howard (Curry–Howard correspondence) ​ใน​ฐานะ​สนธิสัญญา​ระหว่าง​สอง​สาขาวิชา​ของ​บท​ตรรกศาสตร์ ​บท​นี้​ทำให้​มัน​ครบ ​บท​ที่ 03 ​คือ​จุด​ที่​ทฤษฎีบท​สี่​สี​ก่อ​แรง​สั่นสะเทือน​เชิง​ญาณวิทยา​ครั้งแรก ​บท​นี้​คือ​คำตอบ ​บท​ที่ 09 ​ให้ผล​ลัพธ์​เรื่อง​ความไม่​สมบูรณ์​ที่ proof assistant ​ต้อง​อยู่​ข้างใน ​ไม่​ใช่​หนี​พ้น Kolmogorov complexity ​ใน​บท​ที่ 11 ​วัด​ความยาว​ของ​บทพิสูจน์ ​แบบ​เดียว​กับ​ที่​บท​นี้​วัด​ความน่าเชื่อถือ​ของ​มัน

​คำถาม​ที่​ยัง​เปิด​อยู่

​ถ้า kernel ​เล็ก​พอให้​คน​คนเดียว​ตรวจ​ได้ ​การถอย​กลับ​ไม่​รู้​จบ​ของ​การไว้ใจ​ตัว​ตรวจสอบ​หยุด​ลง​จริง​หรือ ​หรือ​แค่​ถูก​ย่อ​จน​เหลือ​จุด​เชื่อม​ที่​สั้น​พอ​จะ​มองข้าม ​สัจพจน์​เอก​ค่า (univalence) ​ยุติ​ความหมาย​ของ "​โครงสร้าง​เดียวกัน" ​ให้​คณิตศาสตร์​ทั้ง​วงการ ​หรือ​ยุติ​ได้​แค่​ใน​บ้าน​ของ​ทฤษฎี​ชนิด​เอง ​และ​ตอนนี้​ที่ mathlib ​ของ Lean ​ตรวจ​ผลลัพธ์​ใหม่​ไป​พร้อมกับ​ที่​มัน​ถูก​พิสูจน์ ​ความรู้​ทาง​คณิตศาสตร์​ยัง​ต้องการ​ชุมชน​มนุษย์​ของ​ผู้ตรวจ​ทาน​อยู่​หรือไม่ ​หรือ​ต้องการ​แค่​ชุมชน​ที่​ตัดสิน​ว่า​ทฤษฎีบท​ไหน​คุ้มค่า​แก่​การพิสูจน์​ตั้งแต่แรก

​อ่าน​ต่อ

บทถัดไป · 14 / 1713 · เครื่องเรียนรู้
Size
Page
Font

The Examined Machine — Philosophy and Computing, Each Read Through the Other

❦
100 · แผนที่201 · ตรรกศาสตร์302 · อภิปรัชญา403 · ญาณวิทยา504 · ปรัชญาแห่งจิต605 · ปรัชญาภาษา706 · จริยศาสตร์807 · ปรัชญาการเมือง908 · สุนทรียศาสตร์และปรากฏการณ์วิทยา1009 · การคำนวณได้1110 · ความซับซ้อน1211 · สารสนเทศ1312 · ชนิดกับบทพิสูจน์1413 · เครื่องเรียนรู้1514 · ความไว้วางใจแบบกระจาย1615 · เอกภพเชิงคำนวณ1799 · ปิดเล่ม