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介紹壹些深奧的,難解的,關乎哲學的數學理論,比如悖論

類型

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悖論主要有邏輯悖論、概率悖論、幾何悖論、統計悖論和時間悖論等。

羅素的悖論以其簡單明確震動了整個數學界,造成第三次數學危機。但是,羅素悖論並不是頭壹個悖論。老的不說,在羅素之前不久,康托爾和布拉裏·福蒂已經發現集合論中的矛盾。羅素悖論發表之後,更出現了壹連串的邏輯悖論。這些悖論使入聯想到古代的說謊者悖論。即“我正在說謊”,“這句話是謊話”等。這些悖論合在壹起,造成極大問題,促使大家都去關心如何解決這些悖論。

頭壹個發表的悖論是布拉裏·福蒂悖論,這個悖論是說,序數按照它們的自然順序形成壹個良序集。這個良序集合根據定義也有壹個序數Ω,這個序數Ω由定義應該屬於這個良序集。可是由序數的定義,序數序列中任何壹段的序數要大於這段之內的任何序數,因此Ω應該比任何序數都大,從而又不屬於Ω。這是布拉裏·福蒂1897年3月28日在巴洛摩數學會上宣讀的壹篇文章裏提出的。這是頭壹個發表的近代悖論,它引起了數學界的興趣,並導致了以後許多年的熱烈討論。有幾十篇文章討論悖論問題,極大地推動了對集合論基礎的重新審查。

布拉裏·福蒂本人認為這個矛盾證明了這個序數的自然順序只是壹個偏序,這與康托爾在幾個月以前證明的結果序數集合是全序相矛盾,後來布拉裏·福蒂在這方面並沒有做工作。

羅素在他的《數學的原理》中認為,序數集雖然是全序,但並非良序,不過這種說法靠不住,因為任何給定序數的初始壹段都是良序的。法國邏輯學家茹爾丹找到—條出路,他區分了相容集和不相容集。這種區分實際上康托爾已經私下用了許多年了。不久之後,羅素在1905年壹篇文章中對於序數集的存在性提出了疑問,策梅羅也有同樣的想法,後來的許多人在這個領域都持有同樣的想法。

經典數學悖論

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古今中外有不少著名的悖論,它們震撼了邏輯和數學的基礎,激發了人們求知和精密的思考,吸引了古往今來許多思想家和愛好者的註意力。解決悖論難題需要創造性的思考,悖論的解決又往往可以給人帶來全新的觀念。

本文將根據悖論形成的原因,粗略地把它歸納為六種類型,分上、中、下三個部份。這是第壹部份:由概念自指引發的悖論和引進無限帶來的悖論

(壹)由自指引發的悖論

以下諸例都存在著壹個概念自指或自相關的問題:如果從肯定命題入手,就會得到它的否定命題;如果從否定命題入手,就會得到它的肯定命題。

1-1 謊言者悖論

公元前六世紀,哲學家克利特人艾皮米尼地斯(Epimenides):“所有克利特人都說謊,他們中間的壹個詩人這麽說。”這就是這個著名悖論的來源。

《聖經》裏曾經提到:“有克利特人中的壹個本地中先知說:‘克利特人常說謊話,乃是惡獸,又饞又懶’”(《提多書》第壹章)。可見這個悖論很出名,但是保羅對於它的邏輯解答並沒有興趣。

人們會問:艾皮米尼地斯有沒有說謊?這個悖論最簡單的形式是:

1-2 “我在說謊”

如果他在說謊,那麽“我在說謊”就是壹個謊,因此他說的是實話;但是如果這是實話,他又在說謊。矛盾不可避免。它的壹個翻版:

1-3 “這句話是錯的”

這類悖論的壹個標準形式是:如果事件A發生,則推導出非A,非A發生則推導出A,這是壹個自相矛盾的無限邏輯循環。拓撲學中的單面體是壹個形像的表達。

哲學家羅素曾經認真地思考過這個悖論,並試圖找到解決的辦法。他在《我的哲學的發展》第七章《數學原理》裏說道:“自亞裏士多德以來,無論哪壹個學派的邏輯學家,從他們所公認的前提中似乎都可以推出壹些矛盾來。這表明有些東西是有毛病的,但是指不出糾正的方法是什麽。在1903年的春季,其中壹種矛盾的發現把我正在享受的那種邏輯蜜月打斷了。”

他說:謊言者悖論最簡單地勾畫出了他發現的那個矛盾:“那個說謊的人說:‘不論我說什麽都是假的’。事實上,這就是他所說的壹句話,但是這句話是指他所說的話的總體。只是把這句話包括在那個總體之中的時候才產生壹個悖論。” (同上)

羅素試圖用命題分層的辦法來解決:“第壹級命題我們可以說就是不涉及命題總體的那些命題;第二級命題就是涉及第壹級命題的總體的那些命題;其余仿此,以至無窮。”但是這壹方法並沒有取得成效。“1903年和1904年這壹整個時期,我差不多完全是致力於這壹件事,但是毫不成功。”(同上)

《數學原理》嘗試整個純粹的數學是在純邏輯的前提下推導出來的,並且使用邏輯術語說明概念,回避自然語言的歧意。但是他在書的序言裏稱這是:“發表壹本包含那麽許多未曾解決的爭論的書。”可見,從數學基礎的邏輯上徹底地解決這個悖論並不容易。

接下來他指出,在壹切邏輯的悖論裏都有壹種“反身的自指”,就是說,“它包含講那個總體的某種東西,而這種東西又是總體中的壹份子。”這壹觀點比較容易理解,如果這個悖論是克利特以為的什麽人說的,悖論就會自動消除。但是在集合論裏,問題並不這麽簡單。

1-4 理發師悖論

在薩維爾村,理發師掛出壹塊招牌:“我只給村裏所有那些不給自己理發的人理發。”有人問他:“妳給不給自己理發?”理發師頓時無言以對。

這是壹個矛盾推理:如果理發師不給自己理發,他就屬於招牌上的那壹類人。有言在先,他應該給自己理發。 反之,如果這個理發師給他自己理發,根據招牌所言,他只給村中不給自己理發的人理發,他不能給自己理發。

因此,無論這個理發師怎麽回答,都不能排除內在的矛盾。這個悖論是羅素在壹九○二年提出來的,所以又叫“羅素悖論”。這是集合論悖論的通俗的、有故事情節的表述。顯然,這裏也存在著壹個不可排除的“自指”問題。

1-5 集合論悖論

“R是所有不包含自身的集合的集合。”

人們同樣會問:“R包含不包含R自身?”如果不包含,由R的定義,R應屬於R。如果R包含自身的話,R又不屬於R。

繼羅素的集合論悖論發現了數學基礎有問題以後,1931年歌德爾(Kurt Godel ,1906-1978,捷克人)提出了壹個“不完全定理”,打破了十九世紀末數學家“所有的數學體系都可以由邏輯推導出來”的理想。這個定理指出:任何公設系統都不是完備的,其中必然存在著既不能被肯定也不能被否定的命題。例如,歐氏幾何中的“平行線公理”,對它的否定產生了幾種非歐幾何;羅素悖論也表明集合論公理體系不完備。

1-6 書目悖論

壹個圖書館編纂了壹本書名詞典,它列出這個圖書館裏所有不列出自己書名的書。那麽它列不列出自己的書名?

這個悖論與理發師悖論基本壹致。

1-7 蘇格拉底悖論

有“西方孔子”之稱的雅典人蘇格拉底(Socrates,公元前470-前399)是古希臘的大哲學家,曾經與普洛特哥拉斯、哥吉斯等著名詭辯家相對。他建立 “定義”以對付詭辯派混淆的修辭,從而勘落了百家的雜說。但是他的道德觀念不為希臘人所容,竟在七十歲的時候被當作詭辯雜說的代表。在普洛特哥拉斯被驅逐、書被焚十二年以後,蘇格拉底也被處以死刑,但是他的學說得到了柏拉圖和亞裏斯多德的繼承。

蘇格拉底有壹句名言:“我只知道壹件事,那就是什麽都不知道。”

這是壹個悖論,我們無法從這句話中推論出蘇格拉底是否對這件事本身也不知道。古代中國也有壹個類似的例子:

1-7 “言盡悖”

這是《莊子·齊物論》裏莊子說的。後期墨家反駁道:如果“言盡悖”,莊子的這個言難道就不悖嗎?我們常說:

1-7 “世界上沒有絕對的真理”

我們不知道這句話本身是不是“絕對的真理”。

1-8 “荒謬的真實”

有字典給悖論下定義,說它是“荒謬的真實”,而這種矛盾修飾本身也是壹種“壓縮的悖論”。悖論(paradox)來自希臘語“para+dokein”,意思是“多想壹想”。

這些例子都說明,在邏輯上它們都無法擺脫概念自指所帶來的惡性循環。有沒有進壹步的解決辦法?在下面壹節的最後壹部份還將繼續探討。