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集合悖論舉例
集合悖論舉例
更新时间:2024-09-30 21:18:05

前面我們已經講過第一次數學危機和第二次數學危機,其中第一次數學危機是由無理數引發的實數危機;第二次數學危機,則是一場由無窮小量引發的,關于微積分的存在基礎是否堅實的危機。

集合悖論舉例(第三次數學危機)1

這兩次危機最後都得到了圓滿的解決,兩次危機都大大提高了人類的數學認知水平,人類也因此受益無窮。今天,我們就講一下第三次數學危機,這次數學危機到現在也沒有被徹底解決。

關于第三次數學危機,要從數學家羅素的一個悖論開始講起。悖論不是謬論,悖論是怎麼說都對,但卻不是錯的。羅素提出的這個悖論就很有趣,叫做理發師悖論:

有一個小鎮,鎮上有一個理發師。有一天,他貼了一張牌子到理發店門口,上面寫着:本人的理發技藝十分高超,譽滿全城。我将為本城所有不給自己刮臉的人刮臉,我也隻給這些人刮臉。我對各位表示熱誠歡迎!理解起來很簡單,就是如果你給自己刮胡子,那理發師就不給你刮胡子,如果你不給自己刮胡子,那理發師就給你刮胡子。

集合悖論舉例(第三次數學危機)2

這時候有趣的問題就出現了:這個理發師應不應該給自己刮胡子呢

如果他給自己刮胡子,那他就是一個給自己刮胡子的人,那他就不應該給自己刮胡子。

如果他不給自己刮胡子,那他就是一個不給自己刮胡子的人,那他就應該給自己刮胡子。

這個悖論看上去繞,但是邏輯并不複雜。那羅素作為一個厲害的數學家,為啥要給自己提這麼奇怪的一個問題?不知道大家是否還記得康托爾這個人,第二次數學危機被平息,這位數學家就有很大的功勞。羅素提出這個悖論就是為了诘難這位德國數學家康托爾。

集合悖論舉例(第三次數學危機)3

康托爾提出了一個很著名的“集合論”。集合這個概念大家不陌生,高中一年級數學就教這個,集合也被認為是現代數學的基礎。集合論研究到深處,是非常複雜的,因此被人們稱為“人類純智力活動的最高成就”。

1900年國際數學家大會上,法國著名數學家龐加萊就曾興高采烈地宣稱:“……借助集合論概念,我們可以建造整個數學大廈……今天,我們可以說絕對的嚴格性已經達到了……”。這一發現使數學家們為之陶醉。

集合悖論舉例(第三次數學危機)4

集合論确實很牛,但是康托爾在提出不久後,自己就發現了一個“瑕疵”。但是為名所累,他自己就沒說這個瑕疵,好像以為他自己不說别人就不會發現。可惜才過了3年,也就是1903年的時候,羅素很快就發現了這個瑕疵,就跑過去問康托爾。

為了理解這個瑕疵,我們需要先複習一下集合的相關知識。集合有三個特點:

确定性:對一個集合而言,裡面每一個元素都必須是确定的。

互異性:對一個集合而言,裡面任意兩個元素都不能相同。

無序性:對一個集合而言,裡面的元素沒有排列順序。

集合悖論舉例(第三次數學危機)5

比如對集合A={1,2,3}而言,它有三個元素,分别是1、2、3。對集合B={x|x是偶數}而言,所有的偶數就是這個集合的元素。當然,有些概念不能組成集合,比如所有的帥哥就不能構成集合,因為帥是主觀的,有人覺得帥,有人可能覺得他醜,不具有确定性。但是所有的男人能組成集合,因為男人這個概念是确定的。

集合裡有幾種關系,其中一種叫“屬于”或“不屬于”。比如對集合A和B來說:

元素1屬于A,不屬于B,記作1∈A,1∉B。

元素2屬于A和B,記作2∈A,2∈B。

了解了這些基本知識,我們再回到羅素提出的瑕疵上。羅素的理發師悖論就是想告訴康托爾,集合論面臨着一個嚴重的自相矛盾的問題:

集合悖論舉例(第三次數學危機)6

比如我可以定義一個集合C={x|x∉C},這個集合的意思是——所有的集合組成的集合C,集合x不屬于集合C,通俗的來說就是“所有不屬于自身的集合的集合”。這時候問題就出現了,集合C數不屬于自身呢?

如果集合C∈C,那麼集合C就不滿足定義,那麼集合C∉C。

如果集合C∉C,那麼集合C就滿足定義,那麼集合C∈C。

這就出現了矛盾,正也不是,反也不是,看着覺得繞口的朋友可以慢慢體會。

這個矛盾就是集合論的“瑕疵”,這個瑕疵到目前為止,雖然有了一些“緩兵之計”,但是到現在,依舊沒有一個完美的解決方案,因此被稱為第三次數學危機

集合悖論舉例(第三次數學危機)7

羅素大神提出了這個悖論,但是他自己解決不了;康托爾作為集合論的提出者,也解決不了這個問題,因此一次次被羅素诘難,十分悲催。到最後,康托爾竟然直接把自己逼瘋了,最後死在了哈勒大學的精神病醫院裡

如果說前兩次數學危機隻是影響了數學大廈的建設,那麼第三次數學危機則影響了數學大廈的地基。整個數學界,邏輯學界和哲學界都感到了問題的嚴重性。當然,凡是有弊必有利。

集合悖論舉例(第三次數學危機)8

第三次數學危機的爆發,對數學的發展起到了巨大的作用。它不但促進了數學基礎理論的研究,還推動了數理邏輯的發展,更重要的是:促進了哥德爾不完全性定理的誕生。接下來的文章,小編将介紹這個哥德爾定理的内容和影響,以及它是如何改變世界的。

這就是三次數學危機,每一次都引發了嚴重的後果,但是每一次都為數學的發展提供了新的食糧。一次次危機就像一個個聚寶盆,為人類的發展帶來了新的發展,新的内容,新的思想,新的變革,甚至新的革命。


第一次數學危機:希帕索斯為真理喪命,“無理數”其實很有理

第二次數學危機:因芝諾的烏龜引出“無窮小”,微積分橫空出世

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