罗素悖论
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。
如果R是第一类的,R是自己的元素,但由定义,R只由第二类集合组成,于是R又是第二类集合;如果R是第二类集合,那么,由R的定义,R必须是R的元素,从而R又是第一类集合。总之,左右为难,无法给出回答。这就是著名的“罗素悖论”。
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。
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。
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,人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。
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。
在类的公理体系中,有一些基本的概念是不加定义的,人们只能从其客观含义上给予解释,但这样的解释仅仅起到帮助理解这些概念。数学中研究的任何一个客体对象都称为一个类。类的概念是没有任何限制。类与类之间可能存在着一种称为属于的关系,类A属于类B记为AinB,此时也称类A是类B的一个元素(简称为元)。人们可以把类理解成为是由若干元素组成的一个整体。一个类是否是另一个类的元素是完全确定的,这就是类元素的确定性。类A如果不是类B的元素,则称A不属于B,记为AnotinB。另一个不加定义的概念就是:类总是具有一定的性质,人们常以P(x)表示类x具有性质P。人们可以把性质理解为“关于类的一句表述”。人们还认为逻辑学中的基本概念与基本知识是类理论的基础。
类的外延公理
公理Ⅰ(外延公理)forallA,B(A=Biffforallx(xinAiffxinB))。
公理Ⅰ的含义是:两个类“相等”的充要条件是它们的元素完全相同,这就是说,类完全由其元素确定。类的所有元素可以通俗地称为它的外延,正因如此,公理Ⅰ被称为外延公理。由此人们可以定义:
定义1.1两个类A、B,如果它们的元素完全相同,则称这两个类是相等的,记为A=B。
因此,类完全由其外延确定。由外延公理人们可以得出:类中的元素是不会重复出现的(准确地说,重复出现的元素仍然被当作一个元素),这就是类元素的互异性;类中的元素是不计其出现在类中的顺序的,这就是类元素的无序性。一个类可能由若干元素组成,而它本身又可能成为另外的类的元素,这就是类元素的相对性。
类的内涵与罗素悖论
一般地说,类中的元素总是具有某种共同的性质的,这就是类的元素的同质性。一个类的所有元素所共同具有的、而且是这个类的元素所独有的性质(也就是说不是该类的元素就不具有该性质)通俗地称为该类的内涵。类的内涵与外延之间存在着直观的“反比关系”:类的内涵越多,其外延越小;内涵越少,其外延越大。对于类的内涵问题,人们通常希望:任给一个性质,满足该性质的所有类可以组成一个类。但这样的企图将导致如下的悖论:
罗素悖论设性质P(x)表示“xnotinx”,现假设由性质P确定了一个类A----也就是说“forallx(xinAiffxnotinx)”。那么现在的问题是:AinA是否成立?首先,若AinA,则A是A的元素,那么A具有性质P,由性质P知AnotinA其次,若AnotinA,也就是说A具有性质P,而A是由所有具有性质P的类组成的,所以AinA。
罗素悖论还有一些更为通俗的描述,如理发师悖论:理发师悖论某理发师发誓“要给所有不自已理发的人理发,不给所有自己理发的人理发”,现在的问题是“谁为该理发师理发?”。首先,若理发师给自己理发,那他就是一个“自己理发的人”,依其誓言“他不给自己理发”;其次,若“他不给自己理发”,依其誓言,他就必须“给自己理发”。而书目悖论也是罗素悖论的一种通俗表达形式。
为解决此类悖论,人们把类区分为两种:
定义1.2如果存在类B,而类A满足条件“existsB(AinB)”,则称类A为一个集合(简称为集),记为Set(A)。
定义1.2说明,一个集合是类的一种,它可以成为其它类的一个元素,这也正是集合的"严格"定义。
有另一种集合的定义:已存在一个类B,其中凡是符合属性P(x)的,可以构成一个类A。类A则是一个集合,或者说是B的一个子类。但对此种定义,人们可以提出质疑,不能保证A不是真类。但人们还是乐于接受该定义的。但定义说不上严格。集合能进行各种类运算。真类不是集合的类就是真类。真类是一种能以自身作为元素的类,对于真类,类运算并不一定都能进行。一个真类却不能成为其它类的元素。因此人们可以理解为“本性类是最高层次的类”。罗素悖论等于用反证法证明了真类的存在。但真类是抽象难理解的。但是,“类和集合是非常一般的概念,什么是集合的问题是不能彻底回答的。只有随着数学实践来确定哪些类是集合,哪些类是真类,任何时间,总有一些类无法确定其到底是不是集合。”
类的内涵公理
公理Ⅱ(内涵公理)设P是一个性质,则existsA(forallx(xinAiffP(x)wedgeSet(x)))。
公理Ⅱ的含义是:满足一定性质的所有集合可以组成一个类。
内涵公理能够解决罗素悖论:令P(x)为“xnotinx”(称为罗素性质),依内涵公理,人们不能确定所有满足P的类能否构成一个类,人们只能确定满足P的所有集合能够构成一个类A(下面提到的性质1.1),人们有结论“AinAiffP(A)wedgeSet(A)”,即“AinAiffAnotinAwedgeSet(A)”。此时不会出现悖论,只能得出结果:A不是集合,因此A是本性类,人们把这个类称为罗素类。对于内涵公理,任给一个对所有集合都满足的性质P,如P(x)=Set(x),则有:性质1.1所有的集合构成一个真类。人们把所有集合构成的类称为极限类(真类),它是类理论所承认的“最大的”类。由公理Ⅰ(外延公理)、公理Ⅱ(内涵公理)组成的公理体系人们称为罗素公理体系,这是关于类的理论的最基本的公理体系。
罗素公理体系与罗素悖论
罗素悖论产生的原因,是把真类当成集合。可以说,罗素公理体系在两方面避免罗素悖论:第一,不存在包含自身的集合(包含自身的类是真类)。第二,“所有”集合的总体不是集合!而是一个真类。因为“所有”一词,包含了自身。以书目悖论为例,根据罗素公理体系,所有符合条件的书的确构成了一个集合,因为它们可以与其它的书进一步构成更大的整体(集合的定义)--比如它们和不符合条件的书共同构成了图书馆里所有的书(类)。问题“这本书要记下自己的书名吗?”,即是,它包含自己吗?已经没有回答的意义。因为根据内涵定义,不存在包含真类的集合。所以实物上不存在里面提到的那一本目录书(也有人认为那是一个非法的集合,一个集合要包含自身,但又要和集合内其它元素相区别,是不可能的)。但注意,这一抽象概念却是存在的,它是一个真类。在理发师悖论里,理发师其实划出了一个真类。如果理发师修改一下自己的说法:“除了我理发师本人之外,我给所有不给自己理发的人理发”,悖论就被避免了。因为理发师此时定义了一个集合(根据声明,他不在自己定义的服务群里)。注意:罗素公理体系只是“避免”了罗素悖论,并没有解决罗素悖论。罗素公理体系的提出,是保证不产生悖论,又要求这些公理的范围足够宽,能容纳全部数学。就是说要给数学提供足够的集合。
青蛙效应,逆反效应,镜面效应,沼气,活字印刷术,指南针,罗盘,磁场,礼花。
2、http://www.confuchina.com/04%20zhishilun/zhuangwen.htm
3、http://www.hongen.com/edu/kxdt/sxwg/kf021401.htm