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由罗素的理发师悖论引发的第三次数学危机:历史背景、产生原因、如何解决、意义影响

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由罗素的理发师悖论引发的第三次数学危机:历史背景、产生原因、如何解决、意义影响


        

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  • 2023-11-25 20:00:09
      由罗素的理发师悖论引发的第三次数学危机:产生原因、如何解决、意义影响1901年6月,英国数学家、哲学家罗素(1872~1970)发现了后人以他的名字命名的“罗素悖论”,这是集合论中的一个悖论,所以又叫“集合悖论”。它的基本内容是:如果把所有集合分为甲、乙两类,甲类可以把自身作为自己的元素,乙类不可以把自身作为自己的元素;那么,所有的乙类集合的集合是甲类还是乙类呢?如果说所有的乙类集合的集合属于甲类,由于甲类可以把自身作为自己的元素,那么乙类集合的集合应属于乙类。
      如果说所有的乙类集合的集合属于乙类,那么它显然可以纳入所有的乙类集合的集合之中,这样它又符合甲类要求而属于甲类了。由此看来,所有的乙类集合的集合既是甲类又非甲类,既是乙类又非乙类,于是造成了不可克服的逻辑矛盾。1918年,罗素把这个较为高深的集合论中的悖论通俗地解释为前述“理发师悖论”,所以许多文献把这两个悖论相提并论,其本质都是,使逻辑陷入一种无法摆脱的“怪圈”。
      那么,“理发师悖论”又怎么会引发危机呢?它的确引出了“危机”——“第三次数学危机”。集合论中存在着不可克服的逻辑矛盾,从根本上危及整个数学体系的确定性和严格性,这怎么不是“危机”呢?不过,这里有一个很重要的历史背景,就是,为什么这次危机不早不晚,正好在20世纪初即“罗素悖论”提出时就到来了呢?它似乎是可以早些到来的,因为历史上的数学悖论早已发现且不计其数。
      例如,古希腊时代欧布利德或古罗马哲学家、政治家西塞罗(公元前106~前43)的“谷堆悖论”,德国哲学家黑格尔的“秃头悖论”,意大利伽利略的“自然数等于完全平方数悖论”,德国数学家施瓦兹(1843~1921)在1880年提出的“施瓦兹悖论”。这些悖论没有能引起“危机”的原因在于,数学家们对自己不够自信,因为类似“悖论”这类问题,在数学中比比皆是,不值得一提。
      没有引起“危机”的第二个原因在于,其中有的悖论已被“克服”,既已克服,便不存在“危机”。例如古希腊数学家芝诺(约公元前496~前429)提出的四个悖论——其一是众所周知的古希腊神话中善跑的英雄阿基里斯永远追不上乌龟的悖论,在19世纪已经得到解决;有的则未能引起足够的注意。
      因此在20世纪之前,这一“危机”没有到来。1874年,德国康托在《克列尔杂志》上发表了《论所有实代数数集合的一个性质》的论文,它标志着集合论的诞生。集合论的创立,颠倒了许多前人的想法,与传统数学观念相冲突,因此一开始就遭到反对者的指责。但在1897年第一次国际数学家大会在瑞士苏黎世召开时,德国数学家赫尔维茨(1859~1919)和法国数学家阿达马(1865~1963)就充分肯定了康托的理论在分析学中的重要地位,最终导致集合论被公认。
      此外,“皮亚诺算术公理系统”的出现,自然数理论被归结为一组不加定义的概念和几条有关的公理,算术理论公理化了。这样,数学的基础就放在集合论之上了。这样,在19世纪后半叶,数学家们开始陶醉了:数学基础已牢固无比,数学的严密性已达到。不过,几乎同时,一些事也使数学家们不那么“陶醉”:1897年,意大利数学家布拉利·福蒂(1861~1931)提出了以他名字命名的悖论;1899年,康托也提出“最大基数悖论”和“最大序数悖论”。
      这些集合论中的悖论也没有得到解决,一些人心中也产生了困惑。然而,这些并没能阻止人们的自信。1900年在巴黎召开的第二次国际数学家大会上,法国著名数学家、物理学家庞加莱(1854~1912)就宣称:“现在,我们能说(数学)完全的严格性已经到来了。
      ”接着便是前述“罗素悖论”和“第三次数学危机”的出现。由此可见,“第三次数学危机”是在人们误以为数学基础已经牢固,因而盲目乐观,但接着就遇到无法克服的“悖论”时思想准备不足而必然产生的。不过,“第三次数学危机”的出现虽然使西方数学界、哲学界、逻辑界产生震惊,但并未使他们方寸大乱。
      因为人们已经有前两次“危机”的历史“经验”。于是他们为消除这一危机进行了至今仍在继续的努力。但在20世纪前30年是他们投入最多、辩论最激烈的时期,因而许多重大成果相继产生。其中成果之一便是三大数学流派——逻辑主义、直觉主义、形式主义的诞生。1931年,奥地利数学家哥德尔(1906~1972)发表了《论“数学原理”和有关体系的形式不可判定命题》的论文,给出了两个“不完备定理”,这是“数学和逻辑基础方面伟大的划时代的贡献”。
      哥德尔第一定理推翻了数学的所有领域能被完全公理化这一强烈的信念;而第二定理则摧毁了沿着希尔伯特等人设想过的路线证明数学内部相容性的全部希望。从此,前述三大数学流派为克服“危机”、寻找可靠数学基础的努力全部化为泡影!于是,数学家们再次陷入困惑,人们在困惑中沿着不完备定理这一指路明灯进入新一轮的思考和探索。
      不完备定理表明,任何所谓严密形式体系都不是天衣无缝的,没有哪个重要的部门能保证自己没有内在矛盾,人的智慧源泉不能被完全公理化;新的证明原则等待我们去发现或发明,某些被认可的数学哲学应重新评价,其中有的会被更新或废弃。这种认识论上的飞跃为我们开拓了广阔的视野。
      由“悖论”这一“怪圈”引出“危机”,探究克服“危机”完善了三大数学流派,摧毁这些流派的幻想出现哥德尔不完备定理,导致至今尚未完结的探索,这是发生在数学领域里近一个世纪的事。

    吉***

    2023-11-25 20:00:09

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