解决了数学危机,却被逼疯死在精神病院


解决了数学危机,却被逼疯死在精神病院

怎么

又来了


在上篇文章中,我们说到由柯西与康托尔为代表的数学家们,通过建立起了严谨的极限理论,和实数理论成功解决第二次数学危机。(传送门:互掐了半辈子的两个数学巨头,到最后连单身问题都没解决)

就当大家觉得总算可以消停会时,第三次危机又来了

解决了数学危机,却被逼疯死在精神病院

又是一个找茬的

然而这次危机的引发者,恰恰也是解决了第二次危机的数学家——康托尔。

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格奥尔格·康托尔(Cantor,Georg Ferdinand Ludwig Philipp)

格奥尔格·康托尔,德国数学家,出生于俄国圣彼得堡,1856年全家迁居德国的法兰克福,先在一所中学,后在威斯巴登的一所大学预科学校学习。

1873年11月29日,康托尔给戴德金(Julius Wilhelm Richard Dedekind )寄了一封信,信中提到:正整数的集合(n)与实数的集合(x)之间能否把它们一一对应起来。

同年12月7日,康托尔又写信给戴德金,说他已能成功地证明实数的“集体”是不可数的,也就是不能同正整数的“集体”一一对应起来。这标志着集合论的诞生。

十九世纪下半叶,他创立了著名的集合论。但在集合论刚产生时,遭到了许多人的猛烈攻击。

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尤其有一个叫克罗耐克的数学家,处处与康托尔作对,跟针对牛顿的贝克莱 一样,克罗耐克也有一句名言:“上帝创造了正整数,其余的是人的工作”。

克罗内克认为,数学的对象必须是可构造出来的,不可用有限步骤构造出来的都是可疑的,不应作为数学的对象。他反对无理数和连续函数的理论,并且说康托尔的集合论空空洞洞毫无内容。

由于连续统假设长期得不到证明,以及克罗耐克在当时的数学界权势很大,康托尔不断的受到各方面打压,甚至由于过度紧张得了精神病,最后死在了精神病院里。


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后来有越来越多的数学家,接受了康托尔这一开创性成果,认为从自然数与康托尔集合论出发,可建立起整个数学大厦—“一切数学成果可建立在集合论基础上”。

一波未平一波又起

但好景不长,又有一个震惊数学界的消息传出来了:集合论是有漏洞的!

1903年,数学家罗素(Bertrand Russell,1872—1970)提出的一个悖论:若S由一切不是自身元素的集合所组成,那S包含S吗?

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通俗的描述就是:有一位理发师,他只给所有不给自己理发的人理发,不给那些给自己理发的人理发。 问:他要不要给自己理发呢?如果他给自己理发,他就属于那些给自己理发的人,因此他不能给自己理发。如果他不给自己理发,他就属于那些不给自己理发的人,因此他就应该给自己理发。

说到这个罗素,也是大有来头,不仅是哲学家、数学家、逻辑学家、历史学家、文学家,也是分析哲学的主要创始人,世界和平运动的倡导者和组织者。

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罗素出生在英国的一个贵族家庭,祖父曾担任英国首相。虽然家里很有钱,但不幸的是,在罗素年幼的时候,父母和祖父相继离世,他从小由祖母照顾。

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祖母出身于一个贵族的虔诚教徒的家庭,在道德方面对罗素要求非常严格。罗素12岁生日时,祖母送给他一本《圣经》,书的扉页上题写着:“不可随众行恶”

。这句话成为罗素一生道德上的座右铭。

罗素的童年和少年时代是孤独的,他没有像其他富二代一样上贵族学校,而只是在家里接受保姆和家庭教师的教育。

祖母特别讲究规矩和清教徒的美德,而且不允许怀疑。但数学是可以怀疑的,因为数学没有伦理内容,于是罗素喜欢上了数学。

同样的,罗素也有一句名言:在数学中最令我欣喜的,是那些能够被证明的东西。

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罗素的这个悖论看似简单明了,却轻轻松松的摧毁了集合理论!许多把数学作为信仰的数学家,心态爆炸。

他还把自己的发现告诉了德国著名逻辑学家弗雷格(Friedrich Ludwig Gottlob Frege)。

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弗雷格(Friedrich Ludwig Gottlob Frege)

然而,看完信后的费雷格差点吐血。因为这时候,弗雷格的关于集合的基础理论正好完稿付印。

因为这个悖论的诞生,导致了他的著作《算术原理》中的第五公理是错的。

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最后他在自己著作的末尾写道:

“一个科学家所碰到的最倒霉的事,莫过于是在他的工作即将完成时却发现所干的工作的基础崩溃了。”

第三次数学危机的解决方案

为了解决这次数学危机,数学家们纷纷提出自己的解决方案。

首先进行这个工作的是德国数学家策梅罗( Zermelo),他提出七条公理,建立了一种不会产生悖论的集合论。

又经过德国的另一位数学家弗芝克尔(Fraenkel-Conrat,Heinz)的改进,形成了一个无矛盾的集合论公理系统。即所谓ZF公理系统。

(1)外延公理(容积公理):一个集合完全由它的元素所决定。如果两个集合含有的元素相同,则它们是相等 [1] 的。(2)分离公理模式:“对任意集合X和任意对X的元素有定义的逻辑谓词P(z),存在集合Y,使z∈Y 当且仅当z∈X而且P(z)为真”也就是说:若A是一个集合,那么可以断定,B={x∈A|P(x)}也是一个集合。(3)配对公理:对任意a和b是对象,则存在一个集合{a,b},其仅有的元素是a和b。也就是说:我们可以用一个集合Z={X,Y}来表示任给的两个集合X,Y,称之为X与Y的无序对。(4)并集公理:任给一族M,存在UM(称为M的并)它的元素恰好为M中所含元素的元素。也就是说:我们可以把族M的元素的元素汇集到一起,组成一个新集合。注:为了方便描述,定义族表示其元素全为集合的集合。(5)幂集公理(子集之集公理):对任意集合X,存在集合P(X),它的元素恰好就是X的一切子集。也就是说:存在以已知集合的一切子集为元素的集合。(6)无穷公理:存在归纳集。(存在一个集合,空集是其元素,且对其任意元素x,x+=x∪{x}也是其元素)也就是说,存在一集合x,它有无穷多元素。(7)替换公理模式(置换公理):也就是说,对于任意的函数F(x),对于任意的集合T,当x属于T时,F(x)都有定义(ZF中唯一的对象是集合,所以F(x)必然是集合)成立的前提下,就一定存在一集合S,使得对于所有的x属于T,在集合S中都有一元素y,使y=F(x)。也就是说,由F(x)所定义的函数的定义域在T中的时候,那么它的值域可限定在S中。(8)正则公理:也叫基础公理。所有集都是良基集。说明一个集合的元素都具有最小性质,例如,不允许出现x属于x的情况。准确的定义:“对任意非空集合x,x至少有一元素y使x∩y为空集。”以上8条公理组成了ZF公理系统,再加上选择公理,则组成了ZFC公理系统

即使历史上的三次数学危机,给人们带来了极大的麻烦,但危机的产生也使人们认识到了现有理论的缺陷,科学中悖论的产生常常预示着人类的认识将进入一个新阶段。

所以悖论是科学发展的产物,又是科学发展源泉之一。

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