寫這些東西的快感有三:
1. 以我的小日子致敬偉大
2. 認識世界
3.(仰望或)見證天才,和天才中的天才,天才中的天才中的天才
想到這還可以再加一個
4. 同時看著天才活在人間
第二次數學危機:貝克萊悖論
回到 1734 年貝克萊在1734年曾出版過一本書名極長的書《A Discourse Addressed to an Infidel Mathematician: Wherein It Is Examined Whether the Object, Principles, and Inferences of the Modern Analysis Are More Distinctly Conceived, or More Evidently Deduced, Than Religious Mysteries and Points of Faith(一篇致一位不信神數學家的論文:文中審查近代分析學的對象、原理與推論,是否比宗教奧義及信仰要點,有更清晰的表達,或更明確的推理)》來批評牛頓的微積分,認為那是依靠雙重錯誤得到了不科學卻正確的結果。他的批判可以總結為「貝克萊悖論」,意圖追問無窮小量究竟是不是0——增量有時候像0,作為增量可以忽略不計;有時候又不像0,可以做除數。
第二次數學危機的結果是:柯西(A. L. Cauchy)和魏爾斯特拉斯(K. Weierstrass)等人建立了極限理論,為微積分奠定了嚴格的基礎;同時,該次危機也促進了19世紀的分析嚴格化、代數抽象化以及幾何非歐化的進程。陳波(2017)P131
第三次數學危機:羅素悖論
回到 1901 年羅素在1901年發現了對於樸素集合論(naive set theory)的悖論,將之定義為S = {x | x ∉ x}(S是一個集合,它包含所有「不屬於自己」的集合x),若用S套入x就會得出悖論性結果:S ∈ S ⇔ S ∉ S。
可用自然語言先整理一下S的性質:
- 正常集合:例如,「所有英文字母的集合」
S不是「一個英文字母」x,故這類集合的特點是,集合本身不能作為自己的一個元素。 - 非正常集合:例如「所有非人的事物的集合」
S本身也是「一個非人的事物」x,這類集合的特點是,集合本身可以作為自己的一個元素。
若抬高到二階來看,則會導出悖論:S為「所有正常集合的集合」,那S是否也為一個正常集合?
- a. 設
S為正常集合,則S(=所有正常集合的集合)就應該包含自身,但也因此導致S成了非正常集合。 - b. 設
S為非正常集合,則S(=所有正常集合的集合)不會包含自身,但也因此導致S成了正常集合。
由此可看到不論走a或b皆會得到悖論性結果:S ∈ S ⇔ S ∉ S。
這即是「羅素悖論」,羅素僅使用了少數幾個最基本的邏輯概念、集合、屬於關係等,其中沒有任何技術上的錯誤,因此引起了當時邏輯界和數學界的震驚,導致了所謂「第三次數學危機」。P147
對此,避免悖論的建設性方案在後來也被提出來了,主要有
- ZF(C)系統:並非由任一性質都能決定一個集合,而只能在已經形成的集合中由其內含的性質分離出一個新的集合。這理論是在1908年策梅羅系統的基礎上,經柯倫、佛蘭克爾、馮·諾伊曼等人的改進所建立的公理化系統。P163
- NBG(C)系統:認為悖論發生的根源在於,讓過大的集合做其他集合或是它自身的元素,因此得出具體做法:區分「集合(set)」和「真類(proper class)」,集合可以作為其他集合的元素,真類則不能。 這是馮·諾伊曼在1925年提出的系統,後經貝爾納斯(Paul Bernays)1937-54年間發表的論文做進一步改善,1940年哥德爾(Kurt Gödel)對前兩位的系統做了新的表述,得到現在通稱NBG的系統。P169
- NF和ML系統:皆出自蒯因(W. V. O. Quine)。NF系統是透過定義「初始符號」、「形成規則」、「公理」4條及「推理規則」2條,建構一個判斷是否有意義的集合論公理系統,簡單可以理解成他定義了一套集合論的「自恰的程式語言」。在1940年《數理邏輯》提出的ML系統,則是NF的擴充,有人評論說,ML在語法上是完美的,其基本裝置驚人地簡單和雅緻:變數不分等級類層,並且只包含3個初始符號(分別用於真值函項、量化、類屬關係)。P173
參考資料
陳波(2017)《悖論研究(第二版)》北京大學出版社