| 數學(xué)的三次危機——第三次數學(xué)危機 |
| 盧介景 |
| 三、第三次數學(xué)危機
數學(xué)基礎的第三次危機是由1897年的突然沖擊而出現的，從整體上看到現在還沒(méi)有解決到令人滿(mǎn)意的程度。這次危機是由于在康托的一般集合理論的邊緣發(fā)現悖論造成的。由于集合概念已經(jīng)滲透到眾多的數學(xué)分支，并且實(shí)際上集合論已經(jīng)成了數學(xué)的基礎，因此集合論中悖論的發(fā)現自然地引起了對數學(xué)的整個(gè)基本結構的有效性的懷疑。
1897年，福爾蒂揭示了集合論的第一個(gè)悖論；兩年后，康托發(fā)現了很相似的悖論，它們涉及到集合論中的結果。1902年，羅素發(fā)現了一個(gè)悖論，它除了涉及集合概念本身外不涉及別的概念。
羅素，英國人，哲學(xué)家、邏輯學(xué)家、數學(xué)家。1902年著(zhù)述《數學(xué)原理》，繼而與懷德海合著(zhù)《數學(xué)原理》(1910年～1913年)，把數學(xué)歸納為一個(gè)公理體系，是劃時(shí)代的著(zhù)作之一。他在很多領(lǐng)域都有大量著(zhù)作，并于1950年獲得諾貝爾文學(xué)獎。他關(guān)心社會(huì )現象，參加和平運動(dòng)，開(kāi)辦學(xué)校。1968～1969年出版了他的自傳。
羅素悖論曾被以多種形式通俗化，其中最著(zhù)名的是羅索于1919年給出的，它講的是某村理發(fā)師的困境。理發(fā)師宣布了這樣一條原則：他只給不自己刮胡子的人刮胡子。當人們試圖答復下列疑問(wèn)時(shí)，就認識到了這種情況的悖論性質(zhì)：“理發(fā)師是否可以給自己刮胡子？”如果他給自己刮胡子，那么他就不符合他的原則；如果他不給自己刮胡子，那么他按原則就該為自己刮胡子。
羅素悖論使整個(gè)數學(xué)大廈動(dòng)搖了，無(wú)怪乎弗雷格在收到羅素的信之后，在他剛要出版的《算術(shù)的基本法則》第2卷本末尾寫(xiě)道：“一位科學(xué)家不會(huì )碰到比這更難堪的事情了，即在工作完成之時(shí)，它的基礎垮掉了。當本書(shū)等待付印的時(shí)候，羅素先生的一封信把我就置于這種境地”。狄德金原來(lái)打算把《連續性及無(wú)理數》第3版付印，這時(shí)也把稿件抽了回來(lái)。發(fā)現拓撲學(xué)中“不動(dòng)點(diǎn)原理”的布勞恩也認為自己過(guò)去做的工作都是“廢話(huà)”，聲稱(chēng)要放棄不動(dòng)點(diǎn)原理。
自從在康托的集合論和發(fā)現上述矛盾之后，還產(chǎn)生了許多附加的悖論。集合論的現代悖論與邏輯的幾個(gè)古代悖論有關(guān)系。例如公元前四世紀的歐伯利得悖論：“我現在正在做的這個(gè)陳述是假的”。如果這個(gè)陳述是真的，則它是假的；然而，如果這個(gè)陳述是假的，則它又是真的了。于是，這個(gè)陳述既不能是真的，又不能是假的，怎么也逃避不了矛盾。更早的還有埃皮門(mén)尼德(公元前6世紀，克利特人)悖論：“克利特人總是說(shuō)謊的人”。只要簡(jiǎn)單分析一下，就能看出這句話(huà)也是自相矛盾的。
集合論中悖論的存在，明確地表示某些地方出了毛病。自從發(fā)現它們之后，人們發(fā)表了大量關(guān)于這個(gè)課題的文章，并且為解決它們作過(guò)大量的嘗試。就數學(xué)而論，看來(lái)有一條容易的出路：人們只要把集合論建立在公理化的基礎上，加以充分限制以排除所知道的矛盾。
第一次這樣的嘗試是策梅羅于1908年做出的，以后還有多人進(jìn)行了加工。但是，此程序曾受到批評，因為它只是避開(kāi)了某些悖論，而未能說(shuō)明這些悖論；此外，它不能保證將來(lái)不出現別種悖論。
另一種程序既能解釋又能排除已知悖論。如果仔細地檢查就會(huì )發(fā)現：上面的每一個(gè)悖論都涉及一個(gè)集合S和S的一個(gè)成員M(既M是靠S定義的)。這樣的一個(gè)定義被稱(chēng)作是“非斷言的”，而非斷言的定義在某種意義上是循環(huán)的。例如，考慮羅素的理發(fā)師悖論：用M標志理發(fā)師，用S標示所有成員的集合，則M被非斷言地定義為“S的給并且只給不自己刮胡子人中刮胡子的那個(gè)成員”。此定義的循環(huán)的性質(zhì)是顯然的——理發(fā)師的定義涉及所有的成員，并且理發(fā)師本身就是這里的成員。因此，不允許有非斷言的定義便可能是一種解決集合論的己知悖論的辦法。然而，對這種解決辦法，有一個(gè)嚴重的責難，即包括非斷言定義的那幾部分數學(xué)是數學(xué)家很不愿丟棄的，例如定理“每一個(gè)具有上界的實(shí)數非空集合有最小上界(上確界)”。
解決集合論的悖論的其它嘗試，是從邏輯上去找問(wèn)題的癥結，這帶來(lái)了邏輯基礎的全面研究。
從1900年到1930年左右，數學(xué)的危機使許多數學(xué)家卷入一場(chǎng)大辯論當中。他們看到這次危機涉及到數學(xué)的根本，因此必須對數學(xué)的哲學(xué)基礎加以嚴密的考察。在這場(chǎng)大辯論中，原來(lái)不明顯的意見(jiàn)分歧擴展成為學(xué)派的爭論。以羅素為代表的邏緝主義、以布勞威為代表的直覺(jué)主義、以希爾伯特為代表的形式主義三大數學(xué)哲學(xué)學(xué)派應運而生。它們都是唯心主義學(xué)派，它們都提出了各自的處理一般集合論中的悖論的辦法。他們在爭論中盡管言語(yǔ)尖刻，好象勢不兩立，其實(shí)各自的觀(guān)點(diǎn)都吸收了對方的看法而又有很多變化。
1931年，哥德?tīng)柌煌耆远ɡ淼淖C明暴露了各派的弱點(diǎn)，哲學(xué)的爭論黯淡了下來(lái)。此后，各派力量沿著(zhù)自己的道路發(fā)展演化。盡管爭論的問(wèn)題遠未解決，但大部分數學(xué)家并不大關(guān)心哲學(xué)問(wèn)題。直到近年，數學(xué)哲學(xué)問(wèn)題才又激起人們的興趣。
承認無(wú)窮集合、承認無(wú)窮基數，就好象一切災難都出來(lái)了，這就是第三次數學(xué)危機的實(shí)質(zhì)。盡管悖論可以消除，矛盾可以解決，然而數學(xué)的確定性卻在一步一步地喪失?，F代公理集合論中一大堆公理，簡(jiǎn)直難說(shuō)孰真孰假，可是又不能把它們都消除掉，它們跟整個(gè)數學(xué)是血肉相連的。所以，第三次數學(xué)危機表面上解決了，實(shí)質(zhì)上更深刻地以其它形式延續著(zhù)。
數學(xué)中的矛盾既然是固有的，它的激烈沖突——危機就不可避免。危機的解決給數學(xué)帶來(lái)了許多新認識、新內容，有時(shí)也帶來(lái)了革命性的變化。把20世紀的數學(xué)同以前全部數學(xué)相比，內容要豐富得多，認識要深入得多。在集合論的基礎上，誕生了抽象代數學(xué)、拓撲學(xué)、泛函分析與測度論，數理邏輯也興旺發(fā)達成為數學(xué)有機體的一部分。古代的代數幾何、微分幾何、復分析現在已經(jīng)推廣到高維。代數數論的面貌也多次改變，變得越來(lái)越優(yōu)美、完整。一系列經(jīng)典問(wèn)題完滿(mǎn)地得到解決，同時(shí)又產(chǎn)生更多的新問(wèn)題。特別是二次大戰之后，新成果層出不窮，從來(lái)間斷。數學(xué)呈現無(wú)比興旺發(fā)達的景象，而這正是人們同數學(xué)中的矛盾、危機斗爭的產(chǎn)物。 |
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