数学联邦政治世界观
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连续统假设CH独立于ZFC公理体系?

不过核心意思倒是很清楚:一个良定义的数学命题应当是非真即假的。那么恭喜题主,你是一个数学柏拉图主义者。当然,题主不一定会承认数学实体本体论意义的存在,不过根据达米特的分析,在一个论题上采取二值逻辑的态度,就隐含着支持该领域的实在论理论。

那么首先第一点,如果从非柏拉图主义(比如直觉主义、构造主义)的角度来看,数学命题可能并不是非真即假的;但是即使不考虑数学哲学的问题,CH独立于ZFC也是一个表述清楚,并且得到证明的真命题。

这里的关键是,什么是“集合”?你不能简单地说“对任意一个集合A”如何如何,毕竟,凭什么说A是一个集合呢?如果我们工作在ZFC环境中,或者说,我们认为ZFC就完全地刻画了“集合”这个概念,那么,任何一个满足全部ZFC十三条公理(或公理模式)的模型,我们都可以把它看做集合的模型。所以当你说“对任意一个集合A……”,实际上说的是“对任意一个满足ZFC的模型的元素A……”

问题是,满足ZFC的公理的模型是否(在同构意义上)是唯一的呢?很遗憾并非如此,这些模型甚至不是初等等价的,也就是说,对于某些一阶命题p,在模型M满足p,模型N上就不满足。所以,如果仅考虑ZFC,那么我们并没有一个唯一的集合模型。

不过,有相当一部分命题,不管哪个ZFC模型上都满足,对于这些命题,我们可以说,它们在ZFC上是真的,相反,如果一个命题在哪个模型上都不满足,那我们说这个命题在ZFC上是假的。而CH独立于ZFC的意思是,某些模型满足CH(比如哥德尔可构成集),但是另一些模型不满足CH(比如科恩力迫模型),所以CH并不是ZFC的本质推论。

如此看来,ZFC似乎太粗略以至于不能完全刻画出集合概念的方方面面,那么如果我们增加更多的公理,是否就可以得到一个完备的集合理论呢?遗憾的是,根据哥德尔不完备定理,任何皮亚诺算术的扩张都无可避免地会出现像CH这样独立于公理系统本身的命题。不过,如果只针对CH,能否通过添加新公理,使得CH变成可以证明(或证伪)的呢?

这正是哥德尔的计划。当然,你可以直接把CH当新公理加入ZFC,不过那就太无聊了。哥德尔的计划是,通过添加一个直观上很基础的,并且表面上和CH关联不大的新公理(比如V=L或各种大基数公理),如果ZFC+新公理组成的公理系统可以自然地推出CH(或者~CH),那么就有理由说,这个新系统比起ZFC是一个对集合概念更好的刻画。不过对于大部分数学家,ZFC就已经够用了,CH既然独立于ZFC,那只说明CH并不特别值得研究,仅此而已。

以上是从模型论角度的说明,如果从证明论角度就更好解释了:CH独立于ZFC,因为既不存在从ZFC到CH的有穷演绎序列,也不存在从ZFC到~CH的有穷演绎序列。

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