第六章:數學與哲學

      從1900年到1930年左右,數學的危機使許多數學家都卷入到一場大辯論當中。他們看到這次危機涉及數學的根本,必須對數學的哲學基礎加以嚴密的考察。

      在這場大辯論中,原來的不明顯的意見分歧擴展成為學派的爭論,以羅素為代表的邏輯主義,以布勞威爾為代表的直覺主義,以希爾伯特為代表的形式主義三大學派應運而生。他們在爭論過程中盡管言語尖刻,好象勢不兩立,其實他們各自的觀點在爭論過程中都吸收了對立面的看法而有很多變化。

      1930年,哥德爾不完全性定理的證明暴露了各派的弱點,哲學的爭論冷淡了下去。此后各派力量沿著自己的道路發展演化。盡管爭論的問題遠未解決,但大部分數學家并不太關心哲學問題。近年來數學哲學問題又激起人們的興趣,因此我們有必要了解一下數學哲學的來龍去脈。

      1、邏輯主義

      羅素在1903年出版的《數學的原理》中對于數學的本性發表了自己的見解。他說:“純粹數學是所有形如‘p蘊涵q’的所有命題類,其中p和q都包含數目相同的一個或多個變元的命題,且p和q除了邏輯常項之外,不包含任何常項。所謂邏輯常項是可由下面這些對象定義的概念:蘊涵,一個項與它所屬類的關系,如此這般的概念,關系的概念,以及象涉及上述形式一般命題概念的其他概念。除此之外,數學使用一個不是它所考慮的命題組成部分的概念,即真假的概念!

      這種看法是羅素自己最早發表的關于邏輯主義的論點。這種看法在以前也不同程度被戴德金、弗雷格、皮亞諾、懷特海等人表達過。戴德金在1872年出版了《連續性及無理數》一文,在這篇文章中,他把有理數做為已知,進而分析連續性這個概念。為了要徹底解決這個問題,必須考慮有理數乃至自然數產生的問題。他認為應該建立在邏輯基礎上,但沒有實行。

       

      弗雷格在1884年《算術基礎》中認為每個數是一個獨立的對象。他認為算術規則是分析判斷,因此是先驗的。根據這點,算術只是邏輯進一步發展的形式,每個算術定理是一個邏輯規律。把算術應用到自然現象上的解釋只是對所觀察到的事實的邏輯加工,計算就是推理。數字規律無須實踐檢驗即可應用于外在世界,而在外在世界、空間總體及其內容物,并沒有概念、沒有數。因此,數字規律實際上不能應用于外在世界,這些規律并不是自然規律。不過它們可以應用于對外在世界中的事物為真的判斷上,這些判斷即是自然規律。它們反映的不是自然現象之間的關系,而是關于自然現象的判斷之間的關系。

      早在羅素發現悖論之前,他在寫作《數學的原理》時就企圖把數學還原為邏輯,由于發現悖論,這個計劃遭到了困難。他發現消除悖論的方法之后,又開始具體實現他的計劃,這就是他和懷特海合著的《數學原理》。

      既然羅素、懷特海的《數學原理》原來的目的是企圖把數學建立在邏輯的基礎上,因此,書一開始就提出幾個不加定義的概念和一些邏輯的公理,由此推出邏輯規則以及數學定性。

      不加定義的概念有基本命題、命題函數、斷言、或、否(非);這里講的命題是指陳述一件事實或描述一種關系的一個語句,如“張三是人”,“蘋果是紅的”等等,由這些概念可定義邏輯上最重要的概念“蘊涵”。

      要想由邏輯推出數學,第一步是推出“數”來,這件事皮亞諾及弗雷格都做了。羅素在消除悖論之后,成功地用“類”來定義1。這個過程極為繁瑣費力,一直到《數學原理》第一卷的363頁才推出“1”的定義,而第二卷費了很大力氣證明了n×m=m×n。

      在《數學的原理》及《數學原理》中,羅素的目標在于證明“數學和邏輯是全等的”這個邏輯主義論題,它可以分析為三部分內容:

      1、每條數學真理都能夠表示為完全用邏輯表達或表示的語言。簡單來講,即每條數學真理都能夠表示為真正的邏輯命題。

      2、每一條真的邏輯命題如果是一條數學真理的翻譯,則它就是邏輯真理。

      3、每條數學真理一旦表示為一個邏輯命題,就可由少數邏輯公理及邏輯規則推導出來。

      這三方面不完全一樣,羅素只是分別在各處用一條或兩條表示過邏輯主義。由于哥德爾的不完全定理,3是錯的,但是還可以堅持1和2。

      羅素認為邏輯主義的許多主要論點不是來自他本人,弗雷格就曾明確地表示過一些邏輯主義的觀點。但是,邏輯主義觀點盡管受到批判,羅素本人還一直堅持。在三十年代以后,還是有許多人發展邏輯主義。

      邏輯主義從—開始就遭到批評,“因為如果數學只是一套邏輯演繹系統,那么它怎么可能反映廣泛的自然現象呢?它又怎樣能夠有創造力呢?它又怎樣能夠產生新觀念呢?”用維特根斯坦的話說,數學就是同語反復(重言式),結不出任何新知識。

      羅素悖論的出現,使得這一派遭到的攻擊更大。彭加勒挖苦他們“邏輯主義的理論倒不是不毛之地,什么也不長,它滋長矛盾,這就更加讓人受不了”。羅素—懷特海用了幾年時間寫出了《數學原理》論證了自己的觀點,仍不免遭到譏諷。彭加勒挖苦他們費很大力氣去定義1,說“這是一個可欽可佩的定義,它獻給那些從來不知道1的人”,別人也說這一套完全是中世紀的教條。更有人指出這種方法的人為性、煩瑣性。尤其是可化歸公理,顯然是硬加上的,沒有任何自然之處。盡管如此,邏輯主義總算還能自圓其說。

      對邏輯主義致命打擊的是哥德爾的不完全性定理,它證明了從邏輯并不能推出算術的正確性來,顯然把數學全部化歸為邏輯徹底失敗了。但是,羅素等人的歷史功績是不可磨滅的,他們為數學奠定了邏輯基礎。在一段時期內,《數學原理》是一部引導數學邏輯家的經典,至今它還有一定的意義。

      邏輯主義也不是后繼無人,英國的拉姆塞、美國的奎因都對邏輯主義作了進一步的發展。

       
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