重建数学基础的影响?

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地球星球的磁力磁姓如何利用?道家千百年来都在修炼利用磁力腾云驾雾,利用磁性得到永生,功能。谁能算出人体或机器要发出多大电磁才能与地球的电磁产生互动?整天算那没用的就是浪费生命金钱时间。

现在数学在基础理论上还有哪些争议?

(文/方弦)

现代的数学基础是公理化集合论,它的历史就是第三次数学危机,从康托尔开始,集合论在通过公理体系摆脱种种悖论之后,才得以建立,成为众人认为相当稳固的基础。

但公理化集合论也并非就此一家。

首先,公理化的方法有很多种。最常用的是策梅洛-弗兰克(Zermelo-Fraenkel)公理体系加上选择公理(通称ZFC),除此之外还有冯诺依曼-博内斯-哥德尔(von Neumann-Bernays-Goedel)公理体系、塔斯基-格罗滕迪克(Tarski-Grothendieck)公理体系和莫尔斯-凯利(Morse-Kelley)公理体系。它们之间各有千秋。

其次,即使拥有了某个公理体系,如果它足够强大,能够表达自然数的话,那么必定存在它内部无法证明的真命题。这是哥德尔不完备性定理的断言。所以,任何足够强大而又合理的公理体系(精确的数学术语是递归可枚举),只要不能推出任何命题,那么就必定存在与其完全独立的命题,在公理体系内部无法被证明也无法被否定。就最常用的ZFC而言,康托尔提出的连续统假设就是这么一个例子。其他例子还包括一些不可达基数的存在性。

但这些并不算是争议,因为每个数学家都知道它们的存在。

数学跟物理不一样。物理可以提出诸多理论,但最终总要放到现实世界进行检验。但数学没有这一点要求。事实上,可以说不同的公理体系就描述了不同的数学,而这些数学在体系内部都是正确的。

数学并不会告诉你什么天然就是对的,数学告诉你的是,如果你承认某种假设,那么就会导出某种结论。我们平时能将数学应用到实际生活中,实际上是因为现实世界完全或者大体符合相应数学理论的大前提,所以我们能够通过数学的方法来导出结论。

对于现代数学来说,拥有多种不同的公理体系,其实也没有很大的问题,因为这些公理体系,相似之处远远多于分歧。从数学分析到交换代数,从微分方程到运筹规划,它们依赖的只是公理体系中非常小的一部分,而这些部分在现存的很多公理体系中都是完全相同的。当然,分歧之处也是有用的,比如在证明论中,偶尔也会用到不可达基数。

其实,“现代数学的基础理论”这种说法,本身就有问题。与其说现代数学建基于某个公理体系,倒不如说现代数学选择了某个公理体系,用以将自身形式化稳固化,但数学真理本身是不变的(在模型论的意义上)。每个人都可以构建自己的公理体系,但如果你的公理体系在数学中没有应用,不符合数学家的实际需求的话,那么它就必将被淘汰。事实上,我们有这么多的理论体系,部分原因也是某些数学家在进行研究时,觉得现有的体系不足以完成相应的工作,于是才从现有体系中构建新的体系。随着相应数学分支研究的深入,新体系也就此固定了下来。

有人这样评价过第三次数学危机:万丈高楼地下室吹进了一阵强风,把蜘蛛网吹乱了,蜘蛛就急急忙忙修修补补,以为蜘蛛网支撑了整幢大楼。所谓“数学的基础理论”,无非就是个蜘蛛网。