Геометрия Лобачевского для них оказалась недействительной именно потому, что она была недействительна физически, а не математически, потому что описываемое в ней пространство нельзя было наглядно представить как существующее. В действительности же в задачу геометрии как математики и не входит описание существующего физического пространства, если ее рассматривать с имманентной точки зрения. Пространственную модель геометрии как математической системы в одних случаях можно построить, в других это оказывается прямо невозможным.
(Что касается геометрии Лобачевского, то модель плоскости, на которой осуществляются ее теоремы, была построена в 1865 г. итальянским математиком Бельтрами. Это так называемая псевдосферическая поверхность, на которой геометрия Лобачевского осуществляется лишь частично. Более совершенную модель построил позднее Ф. Клейн (геометрия в круге при сохранении неевклидовой метрики). Наконец, для всей геометрии Лобачевского была построена универсальная аналитическая модель – как применение теории Ф. Клейна и С. Ли о группах непрерывных преобразований. Для других, скажем, для бесконечномерных геометрий, построить пространственную модель оказывается вообще невозможным.)
Изыскание физического, эмпирического смысла геометрических понятий в задачу геометрии как математики не входит. Ее задачей является лишь выведение определенности «сложного выражения из определенности его элементарных выражений; ее интересует лишь взаимное отношение выводимости этих выражений, а не эти образы сами по себе. Поэтому, строя свою систему аксиоматики геометрии, Гильберт исходит из убеждения, что абсолютный смысл таких геометрических понятий, как точка, прямая и плоскость, не имеет никакого реального значения; и если бы кто-либо никогда не видел ни точки, ни прямой, ни плоскости, он «построил бы геометрию не хуже нас».
Сколько ни был бы нам интуитивно известен такой геометрический образ, как прямая, геометрически он действителен для нас только как выражение, которое удовлетворяет определенной аксиоматике, – аксиоматике прямой. Сколько нам ни были бы интуитивно очевидны свойства круга, для геометрии даже простейшая теорема о круге – что все его диаметры равны, так как они вдвое больше радиусов, которые равны по определению, – не обосновывается тем, что «круг повсюду одинаково круглый», т.е. постоянством его непосредственного имплицитного свойства, а постоянством его радиуса.
Математическое исследование состоит в анализе отношений математических величин. Истинность математических теорем, в которых рассматриваются взаимные отношения таких геометрических «объектов», как точки, прямые и плоскости, не зависит от того абсолютного значения, которое мы приписываем этим объектам. Так, в проективной геометрии принят так называемый «принцип двойственности», состоящий в том, что при замене слова «точка» словом «прямая» все ее теоремы сохраняют свою силу. Аналогично можно рассматривать в качестве точек шары или тройки чисел (последнее – при аналитическом истолковании геометрии). Все геометрические теоремы, выведенные для геометрических объектов в их обычном смысле, сохраняют свое значение. Отношения, остающиеся тождественными при различных интерпретациях системы, называются изоморфными. В математике поэтому говорят, что она изучает свои «объекты» «с точностью до изоморфизма».