【畢導(dǎo)】這個(gè)視頻里說的都是真的,但你卻永遠(yuǎn)無法證明

寫一些相關(guān)的補(bǔ)充內(nèi)容、FAQ、趣聞等。雖然熱度可能過了,不會被很多人看到。
1. 希爾伯特在這個(gè)故事里簡直像個(gè)“反派”,被橫空出世的哥德爾打倒。其實(shí)不是這樣的。希爾伯特是那個(gè)年代最偉大的數(shù)學(xué)家之一,他提出的希爾伯特二十三問匯集了當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)最重要的發(fā)展方向,為數(shù)學(xué)發(fā)展指明道路。對這23個(gè)問題及其發(fā)展感興趣的同學(xué),可以去知乎搜相關(guān)問題。
希爾伯特本人其實(shí)很謙遜。數(shù)學(xué)上有一類重要的空間稱為希爾伯特空間,但這個(gè)名字并不是他本人起的,他本人反倒很不好意思,稱之為“那個(gè)”空間。
另一則逸聞是,有一次小班研討,學(xué)生引用了一個(gè)定理。希爾伯特說,“這個(gè)定理真妙啊,是誰證明的?”學(xué)生說,“是您”。
2. 哥德爾和愛因斯坦是忘年交,兩人常在普林斯頓校園內(nèi)散步。
3. 一個(gè)常見問題:我們證明了“命題P為真但不能被證明”,這難道不是一種對命題P的證明嗎?注意我們的證明假設(shè)了公理系統(tǒng)一致,所以其實(shí)我們證明的是“若假設(shè)公理系統(tǒng)一致,則存在命題P為真,但不能被公理系統(tǒng)本身證明”。由于我們不知道公理系統(tǒng)是否一致,所以這相當(dāng)于做題的時(shí)候額外加了條件,當(dāng)然不能算是在原本的公理系統(tǒng)內(nèi)證明。
一個(gè)更進(jìn)一步的詰難是這樣的:如果公理系統(tǒng)一致則p為真,如果公理系統(tǒng)不一致則根據(jù)爆炸原理p也為真,這不就是在公理系統(tǒng)內(nèi)證明了p為真嗎?其實(shí),哥德爾定理中的一致比我們說的一致要強(qiáng)一些,他要求的是ω-一致。你可以理解為ω-一致則一定一致,但一致不一定ω-一致。至于什么是ω-一致,這超出了科普限度(我坦白,我其實(shí)也理解的也不太清楚)。
因此我們證明的其實(shí)是,若公理系統(tǒng)ω-一致則p為真。另外我們知道若公理系統(tǒng)不一致則p為真,但是我們不知道如果公理系統(tǒng)一致但是不ω-一致時(shí),p是什么情況(事實(shí)上定理說明,我們證明不了p是真是假),因此也就不知道在公理系統(tǒng)本身中p是真是假。
4. 不要過度夸大哥德爾定理的意義,過度上升到哲學(xué)層面。這部分內(nèi)容經(jīng)常容易引發(fā)很多民科的濫用和過度發(fā)散,我們要格外注意。其實(shí)它也只不過是一條數(shù)學(xué)定理,不意味著數(shù)學(xué)大廈的崩塌,也不意味著數(shù)學(xué)喪失意義。思考這方面問題的時(shí)候,一定要回歸數(shù)學(xué)的描述,不要口胡,口胡就容易陷入民科。
5. 哥德爾定理是不是表明數(shù)學(xué)“不完美”了?是也不是。初一看,不是所有命題都能被證明真假,甚至不能證明有沒有矛盾,這不是壞了事了么?其實(shí),這反倒為數(shù)學(xué)打開了一扇新的大門。
類比隔壁物理學(xué),漂浮在物理學(xué)大廈上的兩朵烏云給牛頓力學(xué)撕開了一道口,但我們來不及為牛頓力學(xué)惋惜,因?yàn)樗洪_的這道口的外面,是更精彩更廣闊的物理世界。
在哥德爾的基礎(chǔ)上,數(shù)學(xué)其實(shí)是變得更靈活了,我們可以有很多“不同”的數(shù)學(xué)。這方面的內(nèi)容我不知道怎么擴(kuò)展,因?yàn)樘嗔恕?/p>
6. 我們不能證明公理系統(tǒng)自身的一致性,那涉及到一致性的問題我們是不是就徹底麻爪了?絕對不是,這方面的數(shù)學(xué)特別深邃也特別精彩。
比如說,ZF公理系統(tǒng)(現(xiàn)在大家都在用的集合論公理系統(tǒng),可以規(guī)避羅素悖論、康托悖論等)我們不能證明它是否一致。它加一個(gè)選擇公理,叫ZFC公理系統(tǒng)(視頻里提到了),也不能證明是否一致。但是!我們能證明“如果ZF一致,則ZFC一致”。類似這種假設(shè)一個(gè)一致推出另一個(gè)一致的證明方法,有一種通用方法叫“力迫法”。發(fā)明力迫法的科恩獲得了數(shù)學(xué)界的最高獎項(xiàng),菲爾茲獎。
關(guān)于選擇公理方面的內(nèi)容,也特別有意思,感興趣的觀眾可以搜塔斯基分球悖論。
7. 如果我們不能證明包含算術(shù)的公理系統(tǒng)沒有矛盾,憑什么我們相信現(xiàn)在的數(shù)學(xué)?
我對這個(gè)問題的想法是,即便目前的數(shù)學(xué)不一致,我們也能把它修補(bǔ)好。這是一個(gè)發(fā)展的過程。而且,大部分現(xiàn)在的數(shù)學(xué)都應(yīng)該能遷移到我們修補(bǔ)好的那套新的數(shù)學(xué)中。
關(guān)于這個(gè)問題的更深層次討論,可以去知乎搜索“為什么我們相信ZFC是一致的”。
---
好啦,就寫這些吧。我中午起床速看了一下視頻,發(fā)了條評論,僥幸上了熱評。但那條評論的內(nèi)容并不充分,所以我覺得我得提供更多的內(nèi)容才行,雖然不知道這條筆記有沒有機(jī)會被看到。我本人其實(shí)不是數(shù)學(xué)專業(yè)的,而是計(jì)算機(jī)專業(yè)的。但是這方面內(nèi)容和理論計(jì)算機(jī)關(guān)系很深(其實(shí)理論計(jì)算機(jī)是數(shù)學(xué)的分支),所以有所了解。但畢竟非常業(yè)余,如有錯處,望不吝斧正。