第六章:數(shù)學(xué)與哲學(xué)

從1900年到1930年左右,數(shù)學(xué)的危機(jī)使許多數(shù)學(xué)家都卷入到一場大辯論當(dāng)中。他們看到這次危機(jī)涉及數(shù)學(xué)的根本,必須對數(shù)學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)加以嚴(yán)密的考察。

在這場大辯論中,原來的不明顯的意見分歧擴(kuò)展成為學(xué)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(xué)派應(yīng)運(yùn)而生。他們在爭論過程中盡管言語尖刻,好象勢不兩立,其實(shí)他們各自的觀點(diǎn)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(diǎn),哲學(xué)的爭論冷淡了下去。此后各派力量沿著自己的道路發(fā)展演化。盡管爭論的問題遠(yuǎn)未解決,但大部分?jǐn)?shù)學(xué)家并不太關(guān)心哲學(xué)問題。近年來數(shù)學(xué)哲學(xué)問題又激起人們的興趣,因此我們有必要了解一下數(shù)學(xué)哲學(xué)的來龍去脈。

1、邏輯主義

羅素在1903年出版的《數(shù)學(xué)的原理》中對于數(shù)學(xué)的本性發(fā)表了自己的見解。他說:“純粹數(shù)學(xué)是所有形如‘p蘊(yùn)涵q’的所有命題類,其中p和q都包含數(shù)目相同的一個或多個變元的命題,且p和q除了邏輯常項(xiàng)之外,不包含任何常項(xiàng)。所謂邏輯常項(xiàng)是可由下面這些對象定義的概念:蘊(yùn)涵,一個項(xiàng)與它所屬類的關(guān)系,如此這般的概念,關(guān)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(shù)學(xué)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(fā)表的關(guān)于邏輯主義的論點(diǎn)。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(dá)過。戴德金在1872年出版了《連續(xù)性及無理數(shù)》一文,在這篇文章中,他把有理數(shù)做為已知,進(jìn)而分析連續(xù)性這個概念。為了要徹底解決這個問題,必須考慮有理數(shù)乃至自然數(shù)產(chǎn)生的問題。他認(rèn)為應(yīng)該建立在邏輯基礎(chǔ)上,但沒有實(shí)行。

 

弗雷格在1884年《算術(shù)基礎(chǔ)》中認(rèn)為每個數(shù)是一個獨(dú)立的對象。他認(rèn)為算術(shù)規(guī)則是分析判斷,因此是先驗(yàn)的。根據(jù)這點(diǎn),算術(shù)只是邏輯進(jìn)一步發(fā)展的形式,每個算術(shù)定理是一個邏輯規(guī)律。把算術(shù)應(yīng)用到自然現(xiàn)象上的解釋只是對所觀察到的事實(shí)的邏輯加工,計(jì)算就是推理。數(shù)字規(guī)律無須實(shí)踐檢驗(yàn)即可應(yīng)用于外在世界,而在外在世界、空間總體及其內(nèi)容物,并沒有概念、沒有數(shù)。因此,數(shù)字規(guī)律實(shí)際上不能應(yīng)用于外在世界,這些規(guī)律并不是自然規(guī)律。不過它們可以應(yīng)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(guī)律。它們反映的不是自然現(xiàn)象之間的關(guān)系,而是關(guān)于自然現(xiàn)象的判斷之間的關(guān)系。

早在羅素發(fā)現(xiàn)悖論之前,他在寫作《數(shù)學(xué)的原理》時就企圖把數(shù)學(xué)還原為邏輯,由于發(fā)現(xiàn)悖論,這個計(jì)劃遭到了困難。他發(fā)現(xiàn)消除悖論的方法之后,又開始具體實(shí)現(xiàn)他的計(jì)劃,這就是他和懷特海合著的《數(shù)學(xué)原理》。

既然羅素、懷特海的《數(shù)學(xué)原理》原來的目的是企圖把數(shù)學(xué)建立在邏輯的基礎(chǔ)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(guī)則以及數(shù)學(xué)定性。

不加定義的概念有基本命題、命題函數(shù)、斷言、或、否(非);這里講的命題是指陳述一件事實(shí)或描述一種關(guān)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(yùn)涵”。

要想由邏輯推出數(shù)學(xué),第一步是推出“數(shù)”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(fèi)力,一直到《數(shù)學(xué)原理》第一卷的363頁才推出“1”的定義,而第二卷費(fèi)了很大力氣證明了n×m=m×n。

在《數(shù)學(xué)的原理》及《數(shù)學(xué)原理》中,羅素的目標(biāo)在于證明“數(shù)學(xué)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(nèi)容:

1、每條數(shù)學(xué)真理都能夠表示為完全用邏輯表達(dá)或表示的語言。簡單來講,即每條數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)真理的翻譯,則它就是邏輯真理。

3、每條數(shù)學(xué)真理一旦表示為一個邏輯命題,就可由少數(shù)邏輯公理及邏輯規(guī)則推導(dǎo)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(jiān)持1和2。

羅素認(rèn)為邏輯主義的許多主要論點(diǎn)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(diǎn)。但是,邏輯主義觀點(diǎn)盡管受到批判,羅素本人還一直堅(jiān)持。在三十年代以后,還是有許多人發(fā)展邏輯主義。

邏輯主義從—開始就遭到批評,“因?yàn)槿绻麛?shù)學(xué)只是一套邏輯演繹系統(tǒng),那么它怎么可能反映廣泛的自然現(xiàn)象呢?它又怎樣能夠有創(chuàng)造力呢?它又怎樣能夠產(chǎn)生新觀念呢?”用維特根斯坦的話說,數(shù)學(xué)就是同語反復(fù)(重言式),結(jié)不出任何新知識。

羅素悖論的出現(xiàn),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(shù)學(xué)原理》論證了自己的觀點(diǎn),仍不免遭到譏諷。彭加勒挖苦他們費(fèi)很大力氣去定義1,說“這是一個可欽可佩的定義,它獻(xiàn)給那些從來不知道1的人”,別人也說這一套完全是中世紀(jì)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(shù)的正確性來,顯然把數(shù)學(xué)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?yōu)閿?shù)學(xué)奠定了邏輯基礎(chǔ)。在一段時期內(nèi),《數(shù)學(xué)原理》是一部引導(dǎo)數(shù)學(xué)邏輯家的經(jīng)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(jìn)一步的發(fā)展。