数学悖论与三次数学危机
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数学悖论与三次数学危机读后感400字今天我看了纪录片《数学的三次危机》,我特别有感触。
它主要讲述的是数学研究史上出现的三个悖论,分别是:毕达哥拉斯悖论、贝克莱悖论、罗素悖论。
这三个悖论,促进了数学研究继续向未知的领域探索,在数学发展史上是有积极的意义的。
在数学研究的路上,因为有了这些不同的声音,才使我们人类不满足于现在,继续向未知的领域探索。
数学在生活当中的应用给我们带来了越来越多的便利。
这些都要归功于数学家的不断研究。
这就好像我们一个人,在成长的过程当中,有人会对我们做的不好的地方,进行指正,指出我们的不足。
这样我们才能够向更完美的自己发展。
结合着我自身的情况,如我的字写得不好。
妈妈和老师都会对我进行有效的教育和指正。
我要虚心接受,要重视起来,认真改正,坚持练字,把字写工整。
而不是无视这个缺点任由其自由发展,这样只会害了我自己。
良药苦口利于病,忠言逆耳利于行。
我们不应该排斥对我们的批评,应该虚心接受,有则改之,无则加勉。
我们在成长的路上经历的一些风雨一定会是我们人生的宝贵财富。
数学史上的三次危机张清利第一次数学危机在古代的数学家看来与有理数对应的点充满了数轴,现在尚未深入了解数轴性质的人也会这样认为。
因此,当发现在数轴上存在不与任何有理数对应的一些点时,在人们的心理上引起了极大震惊,这个发现是早期希腊人的重大成就之一。
它是在公元前5世纪或6世纪的某一时期由毕达哥拉斯学派的成员首先获得的。
这是数学史上的一个里程碑。
毕达哥拉斯学派发现单位正方形的边与对角线不可公度,即对角线的长不能表为q p /的形式,也就是说不存在作为公共度量单位的线段。
后来,又发现数轴上还存在许多点也不对应于任何有理数。
因此,必须发明一些新的数,使之与这样的点对应,因为这些数不能是有理数,所以把它们称为无理数。
例如, ,22,8,6,2等都是无理数。
无理数的发现推翻了早期希腊人坚持的另一信念:给定任何两个线段,必定能找到第三线段,也许很短,使得给定的线段都是这个线段的整数倍。
事实上,即使现代人也会这样认为,如果他还不知道情况并非如此的话。
第一次数学危机表明,当时希腊的数学已经发展到这样的阶段:1. 数学已由经验科学变为演绎科学;2. 把证明引入了数学;3. 演绎的思考首先出现在几何中,而不是在代数中,使几何具有更加重要的地位。
这种状态一直保持到笛卡儿解析几何的诞生。
中国、埃及、巴比伦、印度等国的数学没有经历这样的危机,因而一直停留在实验科学。
即算术阶段。
希腊则走上了完全不同的道路,形成了欧几里得的《几何原本》与亚里士多得的逻辑体系, 而成为现代科学的始祖。
在当时的所有民族中为什么只有希腊人认为几何事实必须通过合乎逻辑的论证而不能通过实验来建立?这个原因被称为希腊的奥秘。
总之,第一次数学危机是人类文明史上的重大事件。
无理数与不可公度量的发现在毕达哥拉斯学派内部引起了极大的震动。
首先,这是对毕达哥拉斯哲学思想的核心,即“万物皆依赖于整数”的致命一击;既然像2这样的无理数不能写成两个整数之比,那么,它究竟怎样依赖于整数呢?其次,这与通常的直觉相矛盾,因为人们在直觉上总认为任何两个线段都是可以公度的。
悖论历史悠久,它的出现,本来并没有引起人们的重视,可是由于19世纪末20世纪初,在集合论中出现了3个著名的悖论,引起了当时数学界、逻辑学界以至于哲学界的震惊,触发了数学史上的第三次危机,才引起了现代数学界和逻辑学界的极大注意。
本文试图对悖论的定义、成因以及由于数学悖论引起的数学史上的三次危机作以简要分析。
1 悖论的历史与悖论的定义悖论的历史源远流长,它的起源可以一直追溯到古希腊和我国先秦时代。
“悖论”一词源于希腊文,意为“无路可走”,转义是“四处碰壁,无法解决问题”。
在古希腊时代,克里特岛的哲学家伊壁门尼德斯(约公元前6世纪)发现的“撒谎者悖论”可以算作人们最早发现的悖论。
公元前4世纪的欧布里德将其修改为“强化了的撒谎者悖论”。
在此基础上,人们构造了一个与之等价的“永恒的撒谎者悖论”。
埃利亚学派的代表人物芝诺(约490B.C.—430B.C.)提出的有关运动的四个悖论(二分法悖论、阿基里斯追龟悖论、飞矢不动悖论与运动场悖论)尤为著名,至今仍余波未息。
在中国古代哲学中也有许多悖论思想,如战国时期逻辑学家惠施(约370B.C.—318B.C.)的“日方中方睨,物方生方死”、“一尺之棰,日取其半,万世不竭”;《韩非子》中记载的有关矛与盾的悖论思想等,这些悖论式的命题,表面上看起来很荒谬,实际上却潜伏着某些辨证的思想内容。
在近代,著名的悖论有伽利略悖论、贝克莱悖论、康德的二律背反、集合论悖论等。
在现代,则有光速悖论、双生子佯谬、EPR悖论、整体性悖论等。
这些悖论从逻辑上看来都是一些思维矛盾,从认识论上看则是客观矛盾在思维上的反映。
尽管悖论的历史如此悠久,但直到本世纪初,人们才真正开始专门研究悖论的本质。
在此之前,悖论只能引起人们的惊恐与不安;此后,人们才逐渐认识到悖论也有其积极作用。
特别是本世纪60、70年代以来,出现了研究悖论的热潮。
悖论的定义有很多说法,影响较大的有以下几种,如“悖论是指这样一个命题A,由A出发可以找到一语句B,然后,若假定B真,就可推出←B真,亦即可推出B假。
《“四次”数学危机与世界十大经典数学悖论》“四次"数学危机第一次危机发生在公元前580~568年之间的古希腊,数学家毕达哥拉斯建立了毕达哥拉斯学派。
这个学派集宗教、科学和哲学于一体,该学派人数固定,知识保密,所有发明创造都归于学派领袖。
当时人们对有理数的认识还很有限,对于无理数的概念更是一无所知,毕达哥拉斯学派所说的数,原来是指整数,他们不把分数看成一种数,而仅看作两个整数之比,他们错误地认为,宇宙间的一切现象都归结为整数或整数之比。
该学派的成员希伯索斯根据勾股定理(西方称为毕达哥拉斯定理)通过逻辑推理发现,边长为1的正方形的对角线长度既不是整数,也不是整数的比所能表示。
希伯索斯的发现被认为是“荒谬"和违反常识的事.它不仅严重地违背了毕达哥拉斯学派的信条,也冲击了当时希腊人的传统见解。
使当时希腊数学家们深感不安,相传希伯索斯因这一发现被投入海中淹死,这就是第一次数学危机。
最后,这场危机通过在几何学中引进不可通约量概念而得到解决.两个几何线段,如果存在一个第三线段能同时量尽它们,就称这两个线段是可通约的,否则称为不可通约的。
正方形的一边与对角线,就不存在能同时量尽它们的第三线段,因此它们是不可通约的.很显然,只要承认不可通约量的存在使几何量不再受整数的限制,所谓的数学危机也就不复存在了.我认为第一次危机的产生最大的意义导致了无理数地产生,比如说我们现在说的,都无法用来表示,那么我们必须引入新的数来刻画这个问题,这样无理数便产生了,正是有这种思想,当我们将负数开方时,人们引入了虚数i(虚数的产生导致复变函数等学科的产生,并在现代工程技术上得到广泛应用),这使我不得不佩服人类的智慧。
但我个人认为第一次危机的真正解决在1872年德国数学家对无理数的严格定义,因为数学是很强调其严格的逻辑与推证性的。
第二次数学危机发生在十七世纪.十七世纪微积分诞生后,由于推敲微积分的理论基础问题,数学界出现混乱局面,即第二次数学危机。
数学史上一共发生过三次危机,都是怎么回事?在数学历史上,有三次大的危机深刻影响着数学的发展,三次数学危机分别是:无理数的发现、微积分的完备性、罗素悖论。
第一次数学危机第一次数学危机发生在公元400年前,在古希腊时期,毕达哥拉斯学派对“数”进行了定义,认为任何数字都可以写成两个整数之商,也就是认为所有数字都是有理数。
但是该学派的一个门徒希帕索斯发现,边长为“1”的正方形,其对角线“√2”无法写成两个整数的商,由此发现了第一个无理数。
毕达哥拉斯的其他门徒知道后,为了维护门派的正统性,把希帕索斯杀害了,并抛入大海之中,看来古人也是解决不了问题时,先解决提出问题的人。
即便如此,无理数的发现很快引起了一场数学革命,史称第一次数学危机,这危机影响数学史近两千年的时间。
第二次数学危机微积分是一项伟大的发明,牛顿和莱布尼茨都是微积分的发明者,两人的发现思路截然不同;但是两人对微积分基本概念的定义,都存在模糊的地方,这遭到了一些人的强烈反对和攻击,其中攻击最强烈的是英国大主教贝克莱,他提出了一个悖论:从微积分的推导中我们可以看到,△x在作为分母时不为零,但是在最后的公式中又等于零,这种矛盾的结果是灾难性的,很长一段时间内数学家都找不到解决办法。
直到微积分发明100多年后,法国数学家柯西用极限定义了无穷小量,才彻底解决了这个问题。
第三次数学危机数学家总有一个梦想,试图建立一些基本的公理,然后利用严格的数理逻辑,推导和证明数学的所有定理;康托尔发明集合论后,让数学家们看到了曙光,法国科学家庞加莱认为:我们可以借助结合论,建造起整座数学大厦。
正在数学家高兴之时,英国哲学家、逻辑学家罗素,提出了一个惊人的悖论——罗素悖论:罗素悖论通俗描述为:在某个城市中,有一位名誉满城的理发师说:“我将为本城所有不给自己刮脸的人刮脸,我也只给这些人刮脸。
”那么请问理发师自己的脸该由谁来刮?罗素悖论的提出,引发了数学上的又一次危机,数学家辛辛苦苦建立的数学大厦,最后发现基础居然存在缺陷,数学家们纷纷提出自己的解决方案;直到1908年,第一个公理化集合论体系的建立,才弥补了集合论的缺陷。
数学悖论、三次危机及其深刻影响【摘要】“希帕索斯悖论”导致数学史上的第一次危机,引导人们发现与认识无理数,促使公里几何学、逻辑学的诞生以及公理体系的形成;“贝克莱悖论”导致数学史上第二次危机,使人们认识到当时,无论是牛顿还是莱布尼茨所提出的微积分理论其实并不严格,促使柯西等数学家将极限的定义严格化,造就了18世纪分析学的辉煌;“罗素悖论”发现,动摇了当时的数学基础——集合论,从根本上危及了整个数学体系的确定性和严密性,导致了数学史上第三次危机。
【关键词】数学史;数学悖论;数学危机引言谈及数学,总会给人以严谨、严密,逻辑性强的特点。
然而,数学的这些特点并非从古至今一成不变,而是通过一次次的修正,补充才逐渐形成。
纵观数学科学发展的历史过程,我们不难体会到:数学的发展也和其他事物的发展一样, 不可能是笔直的, 它也经历了曲折的发展过程。
本文就旨在通过回顾、讨论数学史三次危机的产生、解决,从而分析悖论对数学发展的意义与影响。
一、“希帕索斯(Hippasus)悖论”与第一次数学危机(一)背景大约在公元前五世纪,古希腊数学家毕达哥拉斯(pythagoras)创建的毕达哥拉斯学派是一个从事政治、数学、哲学和宗教研究活动具有神秘主义色彩的团体。
同时,这一学派在哲学与数学方面的研究成果突出,在当时占有统治地位。
在哲学上,毕达哥拉斯跟当时的其他希腊思想家一样,也热衷于探索世界构成的本原问题。
与其他哲学学派不同,毕达哥拉斯学派宣称万物的本原不是自然物质,而是数。
由此提出了“数本原说”,主张“整个字宙间的一切现象,都可归结为整数和整数之比”。
在数学上,毕达哥拉斯学派证明了著名的毕达哥拉斯定理(即勾股定理)。
就是指直角三角形三边有如下关系的一个命题:设一直角三角形两直角边长分别为a、b,斜边边长为c,则有如下关系式:222a b c+=(二)“希帕索斯悖论”(即危机的产生和实质)毕达哥拉斯学派在所提出“宇宙间的一切现象都能归结为整数或整数之比”的哲学信条不久,就受到了严重的挑战。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------史上数学三大危机简介数学三大危机数学三大危机简述:第一,希帕索斯(Hippasu,米太旁登地方人,公元前 5 世纪)发现了一个腰为 1 的等腰直角三角形的斜边(即根号 2)永远无法用最简整数比(不可公度比)来表示,从而发现了第一个无理数,推翻了毕达哥拉斯的著名理论。
相传当时毕达哥拉斯派的人正在海上,但就因为这一发现而把希帕索斯抛入大海;第二,微积分的合理性遭到严重质疑,险些要把整个微积分理论推翻;第三,罗素悖论:S 由一切不是自身元素的集合所组成,那 S 包含 S 吗?用通俗一点的话来说,小明有一天说:我正在撒谎!问小明到底撒谎还是说实话。
罗素悖论的可怕在于,它不像最大序数悖论或最大基数悖论那样涉及集合高深知识,它很简单,却可以轻松摧毁集合理论!第一次数学危机毕达哥拉斯是公元前五世纪古希腊的著名数学家与哲学家。
他曾创立了一个合政治、学术、宗教三位一体的神秘主义派别:毕达哥拉斯学派。
由毕达哥拉斯提出的著名命题万物皆数是该学派的哲学基石。
毕达哥拉斯学派所说的数仅指整数。
而一切数均可表成整数或整数之比则是这一学派的数学信仰。
1 / 6然而,具有戏剧性的是由毕达哥拉斯建立的毕达哥拉斯定理却成了毕达哥拉斯学派数学信仰的掘墓人。
毕达哥拉斯定理提出后,其学派中的一个成员希帕索斯考虑了一个问题:边长为 1 的正方形其对角线长度是多少呢?他发现这一长度既不能用整数,也不能用分数表示,而只能用一个新数来表示。
希帕索斯的发现导致了数学史上第一个无理数的诞生。
小小的出现,却在当时的数学界掀起了一场巨大风暴。
它直接动摇了毕达哥拉斯学派的数学信仰,使毕达哥拉斯学派为之大为恐慌。
实际上,这一伟大发现不但是对毕达哥拉斯学派的致命打击,对于当时所有古希腊人的观念这都是一个极大的冲击。
数学史上的三次危机第一次危机:希腊数学危机希腊数学家们是数学历史上的伟大人物,他们创造了许多数学概念和理论,如欧几里得几何、三角学、锥曲线等。
但在公元前4世纪到公元前3世纪的时期,希腊数学发生了危机。
这一时期的希腊数学家纷纷开始关注无穷大和无穷小的概念。
然而,这些概念并不符合当时的逻辑和数学标准,他们甚至不能用现代的数学符号来表示。
因此,这些数学家的理论并没有得到广泛的认可和接受。
在这一时期,希腊数学的道路出现了两条分支。
一条是传统的代数学派,他们注重整数、有理数和分数的研究;另一条是几何学派,他们将一切几何测量归纳为单个不可减少的点。
两个学派的意见相左,争论不断,导致了希腊数学的危机。
这一时期的数学发展为数学的发展带来了许多思考,但也让希腊数学陷入了停滞和分化的境地。
第二次危机:19世纪末的非欧几何危机19世纪末期,非欧几何成为了当时的热门话题。
在欧几里得几何中,平行公设是一项基本性质,两条不重合的直线在平面上永远不会相交。
然而,非欧几何学派质疑这一性质,提出了一种名为反射性的新性质,也就是说,两条不重合的直线在特定的情况下是可以相交的。
这种观点的提出,引起了数学界的强烈反响和激烈争议。
欧几里得几何是基础数学,因此许多人认为非欧几何在一定程度上是在否认这一基础。
在这种文化和学术背景下,非欧几何的认可难以达成,成为了数学史上的一次危机。
第三次危机:20世纪初的集合论危机20世纪初,集合论成为了数学的新话题。
然而,当时对于集合论的探讨往往涉及到关于无限的思考,这些思考往往与人的直觉相悖,甚至有些违反逻辑。
其中最著名的例子就是悖论:一个包含所有时空中的点的集合是否存在?如果存在,那么这个集合中是否包含它自身?如果不包含,那么就不能称其为包含所有时空中的点的集合;如果包含,那么这个集合就非常巨大,超出了我们的想象。
这个悖论意味着个体和整体的关系无法解决,出现了数学中的自我矛盾。
这一数学危机的解决需要借鉴哲学和逻辑学的工具,很多数学家因此开始关注哲学基础和逻辑体系,试图建立一个完备的集合论,以应对数学的自我矛盾和前进。
数学悖论与三次数学危机数学发展从来不是完全直线式的,而是常常出现悖论。
历史上一连串的数学悖论动摇了人们对数学可靠性的信仰,数学史上曾经发生了三次数学危机。
数学悖论的产生和危机的出现,不单给数学带来麻烦和失望,更重要的是给数学的发展带来新的生机和希望,促进了数学的繁荣。
危机产生、解决、又产生的无穷反复过程,不断推动着数学的发展,这个过程也是数学思想获得重要发展的过程。
数学历来被视为严格、和谐、精确的学科,纵观数学发展史,数学发展从来不是完全直线式的,他的体系不是永远和谐的,而常常出现悖论。
悖论是指在某一一定的理论体系的基础上,根据合理的推理原则,推出了两个互相矛盾的命题,或者是证明了这样一个复合命题,它表现为两个互相矛盾的命题的等价式[1]。
数学悖论在数学理论中的发展是一件严重的事,因为它直接导致了人们对于相应理论的怀疑,而如果一个悖论所涉及的面十分广泛的话,甚至涉及到整个学科的基础时,这种怀疑情绪又可能发展成为普遍的危机感,特别是一些重要悖论的产生自然引起人们对数学基础的怀疑以及对数学可靠性信仰的动摇。
数学史上曾经发生过三次数学危机,每次都是由一两个典型的数学悖论引起的。
本文回顾了历史上发生的三次数学危机,重点介绍了三次数学危机对数学发展的重要作用。
1毕达哥拉斯悖论与第一次数学危机公元前六世纪,在古希腊学术界占统治地位的毕达哥拉斯学派,其思想在当时被认为是绝对权威的真理,毕达哥拉斯学派倡导的是一种称为“唯数论”的哲学观点,他们认为宇宙的本质就是数的和谐[2]。
他们认为万物皆数,而数只有两种,就是正整数和可通约的数(即分数,两个整数的比),除此之外不再有别的数,即是说世界上只有整数或分数。
毕达哥拉斯学派在数学上的一项重大贡献是证明了毕达哥拉斯定理[3],也就是我们所说的勾股定理。
勾股定理指出直角三角形三边应有如下关系,即a2=b2+c2,a和b分别代表直角三角形的两条直角边,c表示斜边。
然而不久毕达哥拉斯学派的一个学生希伯斯很快便发现了这个论断的问题。
他发现边长相等的正方形其对角线长并不能用整数或整数之比来表示。
假设正方形边长为1,并设其对角线长为d,依勾股定理应有d2=12+12=2,即d2=2,那么d是多少呢?显然d不是整数,那它必是两整数之比。
希伯斯花了很多时间来寻找这两个整数之比,结果没找着,反而找到了两数不可通约性的证明[4],用反证法证明如下:设Rt△ABC,两直角边为a=b,则由勾股定理有c2=2a2,设已将a和c中的公约数约去,即a、c已经互素,于是c为偶数,a为奇数,不妨令c=2m,则有(2m)2=2a2,a2=2m2,于是a为偶数,这与前面已证a为奇数矛盾。
这一发现历史上称为毕达哥拉斯悖论。
毕达哥拉斯悖论的出现,对毕达哥拉斯学派产生了沉重的打击,“数即万物”的世界观被极大的动摇了,有理数的尊崇地位也受到了挑战,因此也影响到了整个数学的基础,使数学界产生了极度的思想混乱,历史上称之为第一次数学危机。
第一次数学危机的影响是巨大的,它极大的推动了数学及其相关学科的发展。
首先,第一次数学危机让人们第一次认识到了无理数的存在,无理数从此诞生了,之后,许多数学家正式研究了无理数,给出了无理数的严格定义,提出了一个含有有理数和无理数的新的数类——实数,并建立了完整的实数理论[5],为数学分析的发展奠定了基础。
再者,第一次数学危机表明,直觉和经验不一定靠得住,推理证明才是可靠的,从此希腊人开始重视演绎推理,并由此建立了几何公理体系。
欧氏几何就是人们为了消除矛盾,解除危机,在这时候应运而生的[6]。
第一次数学危机极大地促进了几何学的发展,使几何学在此后两千年间成为几乎是全部严密数学的基础,这不能不说是数学思想史上的一次巨大革命。
2贝克莱悖论与第二次数学危机公元17世纪,牛顿和莱布尼兹创立了微积分,微积分能提示和解释许多自然现象,它在自然科学的理论研究和实际应用中的重要作用引起人们高度的重视。
然而,因为微积分才刚刚建立起来,这时的微积分只有方法,没有严密的理论作为基础,许多地方存在漏洞,还不能自圆其说。
例如牛顿当时是这样求函数y=x n的导数的[7]:(x+△x)n=x n+n·x n-1·△x+[n(n+1)/2]·x n-2·(△x)2+……+(△x)n,然后用自变量的增量△x除以函数的增量△y ,△y/△x=[(x+△x)n-x n ]/△x=n·x n-1+[n(n-1)/2] ·x n-2·△x+……+n·x·(△x)n-2+(△x)n-1,最后,扔掉其中含有无穷小量△x的项,即得函数y=x n的导数为y′=nx n-1。
对于牛顿对导数求导过程的论述,哲学家贝克莱很快发现了其中的问题,他一针见血的指出:先用△x为除数除以△y,说明△x不等于零,而后又扔掉含有△x的项,则又说明△x等于零,这岂不是自相矛盾吗?因此贝克莱嘲弄无穷小是“逝去的量的鬼魂”,他认为微积分是依靠双重的错误得到了正确的结果,说微积分的推导是“分明的诡辩”。
[8]这就是著名的“贝克莱悖论”。
确实,这种在同一问题的讨论中,将所谓的无穷小量有时作为0,有时又异于0的做法,不得不让人怀疑。
无穷小量究竟是不是零?无穷小及其分析是否合理?贝克莱悖论的出现危及到了微积分的基础,引起了数学界长达两个多世纪的论战,从而形成了数学发展史中的第二次危机。
第二次数学危机的出现,迫使数学家们不得不认真对待无穷小量△x,为了克服由此引起思维上的混乱,解决这一危机,无数人投入大量的劳动。
在初期,经过欧拉、拉格朗日等人的努力,微积分取得了一些进展;从19世纪开始为彻底解决微积分的基础问题,柯西、外尔斯特拉斯等人进行了微积分理论的严格化工作。
微积分内在的根本矛盾,就是怎样用数学的和逻辑的方法来表现无穷小,从而表现与无穷小紧密相关的微积分的本质。
在解决使无穷小数学化的问题上,出现了罗比达公理:一个量增加或减少与之相比是无穷小的另一个量,则可认为它保持不变。
而柯西采用的ε-δ方法刻画无穷小,把无穷小定义为以0为极限的变量,沿用到今,无穷小被极限代替了。
后来外尔斯特拉斯又把它明确化,给出了极限的严格定义,建立了极限理论,这样就使微积分建立在极限基础之上了。
极限的ε-δ定义就是用静态的ε-δ刻画动态极限,用有限量来描述无限性过程,它是从有限到无限的桥梁和路标,它表现了有限与无限的关系,使微积分朝科学化、数学化前进了一大步。
极限理论的建立加速了微积分的发展,它不仅在数学上,而且在认识论上也有重大的意义。
后来在考查极限理论的基础中,经过代德金、康托尔、海涅、外尔斯特拉斯和巴门赫等人的努力,产生了实数理论;在考查实数理论的基础时,康托尔又创立了集合论。
这样有了极限理论、实数理论和集合论三大理论后,微积分才算建立在比较稳固和完美的基础之上了,从而结束了二百多年的纷乱争论局面,进而开辟了下一个世纪的函数论的发展道路。
3罗素悖论与第三次数学危机在前两次数学危机解决后不到30年即19世纪70年代,德国数学家康托尔创立了集合论,集合论是数学上最具革命性的理论,初衷是为整个数学大厦奠定坚实的基础。
1900年,在巴黎召开的国际数学家会议上,法国大数学家庞加莱兴奋的宣布[9]:“我们可以说,现在数学已经达到了绝对的严格。
”然而,正当人们为集合论的诞生而欢欣鼓舞之时,一串串数学悖论却冒了出来,又搅得数学家心里忐忑不安,其中英国数学家罗素1902年提出的悖论影响最大,“罗素悖论”的内容是这样的:设集合B是一切不以自身为元素的集合所组成的集合,问:B是否属于B?若B属于B,则B是B的元素,于是B不属于自身,即B不属于B;反之,若B不属于B,则B不是B的元素,于是B属于自己,即B属于B。
这样,利用集合的概念,罗素导出了——集合B不属于B当且仅当集合B属于B时成立的悖论。
之后,罗素本人还提出了罗素悖论的通俗版本,即理发师悖论[10]。
理发师宣布了这样一条原则:他只为村子里不给自己刮胡子的人刮胡子。
那么现在的问题是,理发师的胡子应该由谁来刮?。
如果他自己给自己刮胡子,那么他就是村子里给自己刮胡子的人,根据他的原则,他就不应给自己刮胡子;如果他不给自己刮胡子,那么他就是村子里不给自己刮胡子的人,那么又按他的原则他就该为自己刮胡子。
同样有产生了这样的悖论:理发师给自己刮胡子当且仅当理发师不给自己刮胡子。
这就是历史上著名的罗素悖论。
罗素悖论的出现,动摇了数学的基础,震撼了整个数学界,导致了第三次数学危机。
罗素悖论的出现,动摇了本来作为整个数学大厦的基础——集合论,自然引起人们对数学基本结构有效性的怀疑。
罗素悖论的高明之处,还在于它只是用了集合的概念本身,而并不涉及其它概念而得出来的,使人们更是无从下手解决。
罗素悖论导致的第三次数学危机,使数学家们面临着极大的困难。
数学家弗雷格在他刚要出版的《论数学基础》卷二末尾就写道[11]:“对一位科学家来说,没有一件比下列事实更令人扫兴:当他工作刚刚完成的时候,它的一块基石崩塌下来了。
在本书的印刷快要完成时,罗素先生给我的一封信就使我陷入这种境地。
”可见第三次数学危机使人们面临多么尴尬的境地。
然而科学面前没有人会回避,数学家们立即投入到了消除悖论的工作中,值得庆幸的是,产生罗素悖论的根源很快被找到了,原来康托尔提出集合论时对“集合”的概念没有做必要的限制,以至于可以构造“一切集合的集体”这种过大的集合而产生了悖论。
为了从根本上消除集合论中出现的各种悖论,特别是罗素悖论,许多数学家进行了不懈的努力。
如以罗素为主要代表的逻辑主义学派[12],提出了类型论以及后来的曲折理论、限制大小理论、非类理论和分支理论,这些理论都对消除悖论起到了一定的作用;而最重要的是德国数学家策梅罗提出的集合论的公理化,策梅罗认为,适当的公理体系可以限制集合的概念,从逻辑上保证集合的纯粹性,他首次提出了集合论公理系统,后经费兰克尔、冯·诺伊曼等人的补充形成了一个完整的集合论公理体系(ZFC系统)[5],在ZFC系统中,“集合”和“属于”是两个不加定义的原始概念,另外还有十条公理。
ZFC系统的建立,使各种矛盾得到回避,从而消除了罗素悖论为代表的一系列集合悖论,第三次数学危机也随之销声匿迹了。
尽管悖论消除了,但数学的确定性却在一步一步丧失,现代公理集合论一大堆公理是在很难说孰真孰假,可是又不能把它们一古脑消除掉,它们跟整个数学是血肉相连的,所以第三次危机表面上解决了,实质上更深刻地以其它形式延续[7]。
为了消除第三次数学危机,数理逻辑也取得了很大发展,证明论、模型论和递归论相继诞生,出现了数学基础理论、类型论和多值逻辑等。
可以说第三次数学危机大大促进了数学基础研究及数理逻辑的现代性,而且也因此直接造成了数学哲学研究的“黄金时代”。