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(35) 同上。
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(36) 爱德华兹,1987年,第31页。
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(37) 爱德华兹,1987年,第34页。
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(38) 同上书,第33—34页。
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(39) 巴罗,1992年,第201页。
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(40) 克莱因,1972年,第1198页。
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(41) 爱德华兹,1987年,第34—35页。
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(42) 私人交流,2003年9月14日。
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(43) 柯林斯和内斯蒂沃,1983年,第218页。
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数学恩仇录:数学家的十大论战 7 波莱尔vs策梅洛 声名远扬的公理
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1900年,第二次国际数学家大会在巴黎召开。著名的德国数学家戴维·希尔伯特在会上发表了一个演讲,列出当时数学中还未解决的重要问题。他一共提出了23个问题,在演讲中谈到了10个。在他的问题清单中,第一个问题就是还没有找到证据的康托尔的连续统假设。
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你会回想起上一章来。康托尔建立了一个超穷基数系统,在系统中,他置入了按顺序安排的阿列夫数(aleph 0,aleph 1,…)。他相信,在这个阿列夫数系统之外没有基数。但是,在康托尔能够证明每一个基数都能放进这个系统之前,他必须通过一一对应的方法,比较每一对可能的集合要素。而且,就像在直线上的每一点都对应着一个实数一样,无穷基数必须体现出相同的序原则。这样,对于任意两个实数,它们要么相等(a=b),要么一个比另一个大(b>a)或小(b<a)。
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为了证明这个系统,康托尔不得不提出一条特别的性质,他称之为良序原则(well-ordering principle)。如果一个集合天然地具有一个最小的元素,那么可以定义它为良序的。这样,所有正整数的集合在它们的自然顺序下是良序的,因为它是从第一个或最小的元素,也就是1开始的。另一方面,所有整数的集合——包括负整数——不是良序的,因为我们将不得不首先做一个小的修正,设定一个第一个或最小的元素。因此,正整数集合和整数集合有相同的基数,但它们的序类型不同。
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康托尔认为他在从事一项重要的事业。在一篇长论文《集合论基础》(the Grundlagen,1883)中,他写道:“对整个点集理论来说,良序集合的观念被证明是必需的。通常,任意确定的集合都可以用良序集合的形式来表示。既然这种思考方法对我来说是基本的,能够借此得出很多成果,对集合论的普遍有效性尤其有用,在以后的论文中,我还会提到它。”(1)
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如果他能证明良序原理,那么他就能够说明每一个超限基数都等于他的一个阿列夫数。这是迈向证明连续统假设的重要一步。需要特别指出的是,至少在他头脑清晰的时候,他都在努力证明aleph 1(这是他定义的aleph 0之后的无穷的序数)等于c,即连续统或所有实数的势。他说,这将会表明没有中间形式的无穷。也就是说,没有这样一种由元素组成的集合,它的势大于所有自然数集合的势(aleph 0),而小于所有实数组成的集合的势(c)。
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他无能为力,一直都没有找到证明。
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但他的集合论在正反两个方面震动了数学界。同时,康托尔在哈勒大学神经诊所呆的时间更长了。后来在1903年,他恢复了数学研究工作,并在德国数学学会的一次会议上作了演讲,回答了法国数学家在早些时候提出的一些问题。一年后,他获得了授予数学家的最高荣誉之一——这是英国皇家学会所能授予的最高荣誉,即西尔维斯特奖章。
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但是就在这一年,康托尔发现他的理论正面临着一个非常严峻的挑战。在海德堡举办的第三届国际数学家大会(1904年)上,一位来自布达佩斯的著名数学家朱尔斯·柯尼希(Jules Konig)宣读了一篇论文,宣称康托尔连续统的势不是任何阿列夫数,更不用说是aleph 1。
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现在一篇纯数学上的报告,即使是在一个很重要的数学家大会上的报告,都不会在公共媒体上报道。但在当时,柯尼希的报告成了头版新闻。我们只能猜想康托尔的反应。我们了解到,他拒绝接受这个证明,但是又不能在柯尼希的推理中找出任何错误或疏漏。况且柯尼希在同行间享有极好的声誉。
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然而过了不到一天,来自哥廷根大学的一位年轻数学家恩斯特·策梅洛跳出来拯救了康托尔。策梅洛指出柯尼希的一个前提是错的,因此它的证明是靠不住的。但是康托尔清楚,他只能暂时缓一口气。在他或者其他人能够证明连续统假设,即证明连续统确实是一个阿列夫数之前,他全部的工作差不多仍然只是一种理论构想。
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数学恩仇录:数学家的十大论战 策梅洛
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