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元数学:计算机、悖论与数学基础 (8-2)

S={x:x∉x}

S∈S ⇔ S∉S

希尔伯特(Hilbert)对逻辑学危机的反应之一,就是试图遁入形式主义。如果一个人在推理时遇到麻烦,而推理似乎没有问题,那么解决之办法就是使用符号逻辑以对一种人工语言加以创建,并尤其小心地指定规则,这样就不会出现矛盾。毕竟,日常语言是模棱两可的——你永远不知道一个代词指的是什么。

希尔伯特的拯救计划

希尔伯特的想法,是创造一种完美的人工语言,用于推理、数学运算和演绎。因此,他强调公理法(axiomatic method)之重要性,即,从一套基本公设(公理)和(明确的)演绎规则出发,推导出有效的定理,其有效性。这样地做数学,其概念可以追溯到古希腊,特别是欧几里得和他的几何学,这是一个非常清晰的数学体系。

换言之,希尔伯特的意图,是完全精确地制定游戏规则——关于定义、基本概念、语法和语言——以便每个人都能就如何进行数学运算而达成一致。在实践中,使用这样一个形式化的公理系统来发展新的数学,是一件颇为麻烦的事情,但它在哲学上却意义重大。

希尔伯特的提议似乎相当简单明了。毕竟,他只是遵循了数学之形式化传统,借鉴了莱布尼兹、布尔、弗雷格和皮亚诺(Peano)的悠久历史。但是,他想一路走到最后,将所有数学加以形式化。最令人惊讶的是,事实证明他无法做到这一点。希尔伯特错了,但他错得非常有意义,因为他提出了一个非常好的问题。事实上,通过提出这个问题,他创造了一门全新的学科——元数学(meta-mathematics),这是一个内省的(introspective)数学领域,在这个领域中,你要研究数学能实现什么或不能实现什么。

威廉·埃瓦尔德·威尔弗雷德·西格

编辑人员

大卫

希尔伯特

讲座

大卫·希尔伯特的基础讲座

论算术和逻辑的基础

1917-1933

桑罗克特。

斯普林格

基本概念是这样的: 一旦你用——希尔伯特那样的——人工语言来解释数学,一旦你建立了一个完全形式化的公理系统,那么你就可以忘掉其任何意义,而只是把它看成是一个,用纸上的记号来运作的游戏,让你能够从公理中推导出定理。当然,人们之所以做数学,是因为它有意义。但是,如果你想用数学方法来研究数学,你就必须将数学之意义加以具体化,从而单单地研究一种具有完全精确规则的人工语言。

你可以问什么样的问题呢?比如说,一个问题是我们能否证明 0 =1(我们希望不能)。事实上,对于任何语句(称之为 A),你都可以问,是否有可能证明 A 或 A 的反面。如果你要么证明 A 为真,要么证明 A 为假,那么一个形式公理系统就被认为是完整的。

希尔伯特所设想的东西,能够创造出如此精确的规则,以至于任何证明都可以提交给一个公正的裁判,一个机械的程序,它会说:"这个证明遵守了规则",或者说:"在第4行有一个拼写错误",或者说:"第4行的这个东西据称是从第3行来的,实际上并不是"。这样就结束了,没有上诉。

他的想法并不是说,数学应该这样做,而是说如果你能把数学这样做,你就可以用数学来研究数学之能力(power)。希尔伯特认为,他确实能够完成这一壮举。所以你可以想象,1931年,当一位名叫库尔特-哥德尔(Kurt Gödel)的奥地利数学家,证明希尔伯特之拯救计划根本不合理时,是多么令人震惊。即使在原则上,也不可能实现

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