第三次數學危機:現在數學基石的動搖

第三次數學危機:現在數學基石的動搖

集合論是著名數學家康託在十九世紀下半葉創立的,在它剛剛產生時,集合概念受到許多學者的猛抨擊和詆譭。但隨著認識的深入,集合論這偉大的貢獻逐漸開始被數學家所接受,並且獲得了大家的的讚譽。科研人員開始認識到,利用自然數和康託的集合論,我們可建立起數學的完整框架。因而集合觀點逐漸車尾現代數學的基礎。在1990年的國際數學家大會上,龐加萊就曾高興地宣稱藉助集合論這個著名的成果,可以構建起現代數學的完整框架,可以說我們追求的絕對的嚴格性已經實現了。數學家們為這樣的成果感到歡欣鼓舞。

可是問題隨之即來,在1903年,一個不幸的消息傳出來:人們追捧的集合論其實是不嚴格的。這要歸功於數學家羅素提出的羅素悖論:他構造了一個特殊的集合M:即M由一切不屬於自身的元素組成。那麼M是否屬於M?這個看似合理的問題的答案卻會讓集合論出現漏洞,也就是說這是一個悖論。如果M屬於它自身,根據定義,M不屬於M。反之若M不屬於它自身,根據我們的定義,M就屬。所以無論如何都無法給出正確的結論。

除了著名的羅素悖論,還有其它的一些悖論,比如1897年的最大序數悖論和1899年的最大基數悖論。不過由於這兩個特殊的發現都用到了集合論中的許多麻煩的理論,不是普遍適用的,所以沒有引起數學家的關注。但是羅素悖論基本每個人都可以理解,所以它一出現就在當時的數學界引起了極大的影響就動。著名數學家弗雷格在聽到羅素悖論之後說到:一個數學家最不開心的事情就是莫在他的研究即將完成時,它的研究基礎坍塌了。可以說,羅素悖論就像在數學水面上投下了一塊巨石,而它的出現則導致了現代數學所遇到的第三次數學危機。

第三次危機出現後,大家都提出了不同的解決方案。很多人希望對集合論進行改進,通過對集合定義加上一些限制來排除目前的悖論,這就需要加入一些新的限制因素。這些限制因素必須足夠強,這樣才能保證排除目前的悖論;同時這些限制又必須特別弱,這樣才能使得集合論中有價值的結論能夠保留下來。策梅羅在1908年提出第一個公理化的體系,該體系後來不斷改進,形成了現在著名的ZF系統,有效彌補了集合論的悖論。除了著名的ZF系統,公理系統還有很多:例如NBG系統。

公理化的集合論解決了目前出現的悖論,從而比較成功地解決了現代數學遇到的第三次數學危機。羅素悖論使得數學基礎理論遇到了迫切的難題,導致了大家把目光集中在了基礎知識之上,這對數學本身的發展起到了積極的作用。

當然,第三次危機解決了,還會有未知的問題出現,我們不希望出現危機,因為我們辛苦建立的體系可能就此坍塌,但危機本身又又會不斷促進數學的發展。


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