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[数学综合] 罗素悖论

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发表于 2014-10-17 10:27:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 寻找满月 于 2014-10-17 10:28 编辑

罗素悖论

【罗素悖论简介】
        1900年前后,在数学的集合论中出现了三个著名悖论理发师悖论就是罗素悖论的一种通俗表达方式。此外还有康托尔悖论布拉利—福尔蒂悖论。这些悖论特别是罗素悖论,在当时的数学界与逻辑界内引起了极大震动。触发了数学的第三次危机。
【什么是悖论】
        让我们先了解下什么是悖论。悖论(paradox)来自希腊语“para+dokein”,意思是“多想一想”。这个词的意义比较丰富,它包括一切与人的直觉和日常经验相矛盾的数学结论,那些结论会使我们惊异无比。悖论是自相矛盾的命题。即如果承认这个命题成立,就可推出它的否定命题成立;反之,如果承认这个命题的否定命题成立,又可推出这个命题成立如果承认它是真的,经过一系列正确的推理,却又得出它是假的;如果承认它是假的,经过一系列正确的推理,却又得出它是真的。古今中外有不少著名的悖论,它们震撼了逻辑和数学的基础,激发了人们求知和精密的思考,吸引了古往今来许多思想家和爱好者的注意力。解决悖论难题需要创造性的思考,悖论的解决又往往可以给人带来全新的观念。


悖论有三种主要形式:
        1.一种论断看起来好像肯定错了,但实际上却是对的(佯谬)。
        2.一种论断看起来 好像肯定是对的,但实际上却错了(似是而非的理论)。
        3.一系列推理看起来好像无懈可击,可是却导致逻辑上自相矛盾。
【罗素悖论定义】
        把所有集合分为2类,第一类中的集合以其自身为元素,第二类中的集合不以自身为元素,假令第一类集合所组成的集合为P,第二类所组成的集合为Q,于是有:P={A∣A∈A},Q={A∣AÏA}
        问,Q∈P还是 Q∈Q?
        这就是著名的“罗素悖论”
【罗素悖论例子】
        世界文学名著《唐·吉诃德》中有这样一个故事:
        唐·吉诃德的仆人桑乔·潘萨跑到一个小岛上,成了这个岛的国王。他颁布了一条奇怪的法律:每一个到达这个岛的人都必须回答一个问题:“你到这里来做什么?”如果回答对了,就允许他在岛上游玩,而如果答错了,就要把他绞死。对于每一个到岛上来的人,或者是尽兴地玩,或者是被吊上绞架。有多少人敢冒死到这岛上去玩呢?一天,有一个胆大包天的人来了,他照例被问了这个问题,而这个人的回答是:“我到这里来是要被绞死的。”请问桑乔·潘萨是让他在岛上玩,还是把他绞死呢?如果应该让他在岛上游玩,那就与他说“要被绞死”的话不相符合,这就是说,他说“要被绞死”是错话。既然他说错了,就应该被处绞刑。但如果桑乔·潘萨要把他绞死呢?这时他说的“要被绞死”就与事实相符,从而就是对的,既然他答对了,就不该被绞死,而应该让他在岛上玩。小岛的国王发现,他的法律无法执行,因为不管怎么执行,都使法律受到破坏。他思索再三,最后让卫兵把他放了,并且宣布这条法律作废。这又是一条悖论。
        由著名数学家伯特兰·罗素(Russel,1872—1970)提出的悖论与之相似:
在某个城市中有一位理发师,他的广告词是这样写的:“本人的理发技艺十分高超,誉满全城。我将为本城所有不给自己刮脸的人刮脸,我也只给这些人刮脸。我对各位表示热诚欢迎!”来找他刮脸的人络绎不绝,自然都是那些不给自己刮脸的人。可是,有一天,这位理发师从镜子里看见自己的胡子长了,他本能地抓起了剃刀,你们看他能不能给他自己刮脸呢?如果他不给自己刮脸,他就属于“不给自己刮脸的人”,他就要给自己刮脸,而如果他给自己刮脸呢?他又属于“给自己刮脸的人”,他就不该给自己刮脸。
        理发师悖论与罗素悖论是等价的:
        因为,如果把每个人看成一个集合,这个集合的元素被定义成这个人刮脸的对象。那么,理发师宣称,他的元素,都是村里不属于自身的那些集合,并且村里所有不属于自身的集合都属于他。那么他是否属于他自己?这样就由理发师悖论得到了罗素悖论。反过来的变换也是成立的。
【罗素悖论的影响】
        十九世纪下半叶,康托尔创立了著名的集合论,在集合论刚产生时,曾遭到许多人的猛烈攻击。但不久这一开创性成果就为广大数学家所接受了,并且获得广泛而高度的赞誉。数学家们发现,从自然数与康托尔集合论出发可建立起整个数学大厦。因而集合论成为现代数学的基石。“一切数学成果可建立在集合论基础上”这一发现使数学家们为之陶醉。1900年,国际数学家大会上,法国著名数学家庞加莱就曾兴高采烈地宣称:“………借助集合论概念,我们可以建造整个数学大厦……今天,我们可以说绝对的严格性已经达到了……”
可是,好景不长。1903年,一个震惊数学界的消息传出:集合论是有漏洞的!这就是英国数学家罗素提出的著名的罗素悖论。罗素的这条悖论使集合理论产生了危机。它非常浅显易懂,而且所涉及的只是集合论中最基本的东西。所以,罗素悖论一提出就在当时的数学界与逻辑学界内引起了极大震动。德国的著名逻辑学家弗里兹在他的关于集合的基础理论完稿付印时,收到了罗素关于这一悖论的信。他立刻发现,自己忙了很久得出的一系列结果却被这条悖论搅得一团糟。他只能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。”
        1874年,德国数学家康托尔创立了集合论,很快渗透到大部分数学分支,成为它们的基础。到19世纪末,全部数学几乎都建立在集合论的基础之上了。就在这时,集合论中接连出现了一些自相矛盾的结果,特别是1902年罗素提出的理发师故事反映的悖论,它极为简单、明确、通俗。于是,数学的基础被动摇了,这就是所谓的第三次“数学危机”。
        罗素的悖论发表之后,接着又发现一系列悖论(后来归入所谓语义悖论):
        1、理查德悖论
        2、培里悖论
        3.格瑞林和纳尔逊悖论。
【问题的解决】
        罗素悖论提出,危机产生后,数学家纷纷提出自己的解决方案。人们希望能够通过对康托尔的集合论进行改造,通过对集合定义加以限制来排除悖论,这就需要建立新的原则。“这些原则必须足够狭窄,以保证排除一切矛盾;另一方面又必须充分广阔,使康托尔集合论中一切有价值的内容得以保存下来。”1908年,策梅罗在自己这一原则基础上提出第一个公理化集合论体系,后来这一公理化集合系统很大程度上弥补了康托尔朴素集合论的缺陷。除ZF系统外,集合论的公理系统还有多种,如诺伊曼等人提出的NBG系统等。公理化集合系统的建立,成功排除了集合论中出现的悖论,从而比较圆满地解决了第三次数学危机。但在另一方面,罗素悖论对数学而言有着更为深刻的影响。它使得数学基础问题第一次以最迫切的需要的姿态摆到数学家面前,导致了数学家对数学基础的研究。而这方面的进一步发展又极其深刻地影响了整个数学。如围绕着数学基础之争,形成了现代数学史上著名的三大数学流派,而各派的工作又都促进了数学的大发展等等。
        以上简单介绍了数学史上由于悖论而导致的三次数学危机与度过,从中我们不难看到悖论在推动数学发展中的巨大作用。有人说:“提出问题就是解决问题的一半”,而悖论提出的正是让数学家无法回避的问题。它对数学家说:“解决我,不然我将吞掉你的体系!”正如希尔伯特在《论无限》一文中所指出的那样:“必须承认,在这些悖论面前,我们目前所处的情况是不能长期忍受下去的。人们试想:在数学这个号称可靠性和真理性的模范里,每一个人所学的、教的和应用的那些概念结构和推理方法竟会导致不合理的结果。如果甚至于数学思考也失灵的话,那么应该到哪里去寻找可靠性和真理性呢?”悖论的出现逼迫数学家投入最大的热情去解决它。而在解决悖论的过程中,各种理论应运而生了:第一次数学危机促成了公理几何与逻辑的诞生;第二次数学危机促成了分析基础理论的完善与集合论的创立;第三次数学危机促成了数理逻辑的发展与一批现代数学的产生。数学由此获得了蓬勃发展,这或许就是数学悖论重要意义之所在吧,而罗素悖论在其中起到了重要的作用。
        理性不能回答关于其自身的问题,这个问题在康德时期就发现了。逻辑存在无法弥补的漏洞,却是人了解世界的唯一途径。到头来你会发现,不是否定理性就是否定信仰。因为所谓唯心唯物之争都是建立在这样不完备的逻辑体系上的纯粹理性科学。既然理性无法对其自身做出判断,那么选择立场就不能以理性为依据,从而变成一种实质上的迷信。当然如果你坚持要说自己的立场是合乎所谓的科学或实践的,那么其实你既不属于唯物也不属于唯心,本质上只是一种泛经验主义或者泛逻辑主义罢了。当然,这里的逻辑主义当然不是罗素的那个,只是一个形象点的称呼而已。
异己词悖论和罗素悖论还有其它的不同吗?
        思考这个问题的动机原是这样:是否所有能导致两难推理的悖论(包括一些所谓的语义学悖论)都有相同结构?如果不是,能不能把它们按照逻辑结构来分类?从而能够更加清晰地看清每一类悖论产生的根源。比如罗素悖论,用符号表示出来,就可看出,它用了这样一个定义模式:x是S的,如果x不是x的。(稍微严格一点写成这样:xRS,如果非xRx.R为一个二元谓词。)而在定义S时,S本身又可以用它自己的定义来判定,即可以把定义中的x换成S,导致这样一个语句:S是S的,如果S不是S的。注意在定义中的两个语句互为充要条件,所以原来的定义中就蕴含了一个“P等价于非P”的结论,从而导致两难推理。这种定义模式本身是逻辑中的漏洞,康托的朴素集合论正因为没有防范的机制而陷入了这个逻辑漏洞,才导致了集合论形式的罗素悖论。
        罗素悖论已被消除,自己包含自己的集合是不可能存在的!


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