關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛

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论坛嘉宾: 快刀浪子 XXFF

hmy


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關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 混合]

哥德爾不完全性定理無疑是20世紀初數學基礎中的重要成果。但是,很多人對於該定理幾乎一無所知,遂以訛傳訛,認為哥德爾不完全性定理說的是「任何一套公理體系中,總有一些無法判定的命題」云云,並以此為借口而濫用哥德爾不完全性定理,本人自己也一度深受其害,直到研究過哥德爾不完全性定理的具體證明過程後才知其非。本帖試以較為通俗的語言來談談這個問題。

哥德爾不完全性定理發表於1931年,其實,該定理說的是:一個包含算術的自洽的形式系統中,其中必存在不可判定的命題。定理中的不可判定的命題是指命題A本身及其否命題┐A在該形式系統中不可證,就是說,該形式系統是不完備的。自洽,就是無矛盾性,即任何命題不能既真又假。算術,就是關於自然數的四則運算的公理化形式系統,一般來說就是指皮亞諾算術公理系統。包含,可以是真包含,也可以是等同。
要進一步理解哥德爾不完全性定理,至少需要瞭解其證明步驟。哥德爾不完全性定理的證明步驟如下:
1、建立一階算術公理系統N;
2、構造自指命題U;
3、證明自指命題U在N中不可判定。
自指命題,或自指句,就是一個對其自身的斷定。比方說,「本命題是假的」,「我在說謊」,就是自指句。而哥德爾本人構造的自指命題是:本命題在N中不可證。
哥德爾本人是在比「自洽」更強的「ω-自洽」的條件下證明之的。ω-自洽的形式系統必自洽,反之則不然。後來,J.B. Rosser證明,該定理在自洽的條件下也成立。

那麼,下面就是對哥德爾不完全性定理的進一步解讀:
1、不自洽的形式系統中不存在不可判定的命題。也就是說,只要容忍自相矛盾,就可以證明一切。邏輯中有一個爆炸原理,說的就是這個。比方說,任何一神教神學都是如此。
2、一個不包含算術的自洽的形式系統,是有可能不存在不可判定的命題的。也就是說,一個公理化形式系統,是可以兼具自洽性與完備性的,只要它不包含算術。比方說,一階謂詞公理系統、歐氏幾何公理系統,都不包含算術,都是既自洽又完備的。一階謂詞公理系統的完備性恰恰是哥德爾本人於1929年證明的。
3、這一點,才是重點。哥德爾究竟證明了什麼?其實,哥德爾證明的是,在1931年那個年代的形式系統中容忍了對自指句的濫用,而對自指句的濫用必然導致不可判定命題的存在。也就是說,如果限制或禁止自指句的使用,就無法從哥德爾不完全性定理得知,這樣一個包含算術的自洽的形式系統是否肯定不完備。事實上,邏輯學家的反應是很快的,維特根斯坦在他的《邏輯哲學論》中就明確的禁止使用自指句。一旦禁止了對自指句的濫用,任何一個包含算術的自洽的形式系統是否完備,就只能具體問題具體分析了。
比方說,目前通行的數學基礎公理系統是ZFC公理系統,康托的連續統假設在其中不可證。然而,如果將連續統假設或其否命題作為公理加入ZFC,並禁用自指句,就無法簡單的斷言數學基礎公理系統仍是不完備的。當然,除了連續統假設,確實仍然存在一些ZFC中不可證的命題,但是,將所有這些命題列為公理,誰又能肯定的說這樣的數學基礎公理系統仍然是不完備的呢?

以上,就是對「任何一套公理體系中,總有一些無法判定的命題」這樣的以訛傳訛的回答。「任何一套公理體系中,總有一些無法判定的命題」,無論是前面半句,還是後面半句,都顯然錯的離譜。

(這是本人的1個多月前的一篇老文,敬請方家賜教。)

发表时间: 2007-09-05, 09:55:30 个人资料

快刀浪子


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客栈长老论坛嘉宾学术成员

Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

::哥德爾不完全性定理發表於1931年,其實,該定理說的是:一個包含算術的自洽的形式系統中,其中必存在不可判定的命題。

哥德尔不完全定理还有一个重要的条件,该形式系统中的公理集必须是递归集合。对于公理集为非递归集的形式系统,哥德尔定理不成立

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发表时间: 2007-09-05, 20:54:34 个人资料

hmy


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

我原先的文中也談及了遞歸集的問題。但是,此次發帖時又思考了一下。當一個形式系統的哥德爾數集是非遞歸集時,這個事實本身就已經證明了該形式系統的不完備。所以,發帖時就刪去了關於遞歸集的那一段。

发表时间: 2007-09-05, 23:28:08 个人资料

星空浩淼


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

楼主对哥德尔的证明过程分析得很准确,但你所说的看法,只能代表一家之言。相对而言,「任何一套公理體系中,總有一些無法判定的命題」是一个比较权威、比较广为接受的说法。你的“禁用自指句”的做法,是没有根据的,最多是一种个人建议。而事实上,禁用自指句,是没有道理的。自然界中存在自相互作用,存在自我相关的现象,逻辑中没有道理禁用自我相关的句子。在试图把物理化归为数学、数学化归为逻辑的努力中,采用的是同构翻译。数学上的自乘运算,或者算符的自作用,就可以翻译成自我相关的抽象逻辑实体。

另外,构造哥德尔的证明(即构造一个逻辑悖论),光靠“自指”(“自我相关”)是不够的,还必须包含奇数个否定。例如:“我这句话是对的”,虽然自指,却不构成逻辑悖论;而“我这句话是错的”,才是一个逻辑悖论。总之有(根据否定之否定规律,奇数个否定=(一个)否定):
逻辑悖论=自我相关+否定

再如:
A:B是对的
B:C是错的
C:A是对的
就通过(自我相关+否定)构成逻辑悖论,而
A: B是对的
B: C是错的
C: A是错的
由于包含两个否定,不构成逻辑悖论。

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发表时间: 2007-09-09, 08:43:45 个人资料

彼黍离离


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

搂主能不能写简体字啊?看得人吃力。

弹铗 放歌
我有我乐 不与你说

发表时间: 2007-09-09, 09:24:25 个人资料

hmy


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

「任何一套公理體系中,總有一些無法判定的命題」確實是一種很流行的說法,但是否權威,只需要找相關的數學家問一下就可以了。民眾中的流行觀念,恐怕還擔不起「權威」之名。
是否要限制或禁用自指句,在邏輯學家中可能還存在爭議,但是,在具體的形式系統中,往往可以自然而然的避免這個問題。比方說,群論的研究對象是代數結構,不是命題,因此根本就不涉及自指句的問題。

PS:
我這機器目前只能輸入繁體,敬請見諒。

发表时间: 2007-09-09, 10:13:15 个人资料

快刀浪子


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

::當一個形式系統的哥德爾數集是非遞歸集時,這個事實本身就已經證明了該形式系統的不完備

如果允许公理的哥德尔数集为非递归集,则这个系统有可能是完备的。
不过这时不存在一个算法判断任一公式是否为公理,也不存在算法判断一个公式序列是否为形式证明

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发表时间: 2007-09-09, 10:44:53 个人资料

星空浩淼


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

比方說,群論的研究對象是代數結構,不是命題。
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原则上是可以把任何一个判断,一个陈述变成命题。任何一个理论系统,只要可以公理化变成一个公理系统,就可以变成一个形式数论系统,而形式数论系统可以变成一个逻辑系统。

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发表时间: 2007-09-09, 11:10:46 个人资料

快刀浪子


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

::假設該形式系統是完備的,那麼該形式系統中就不存在不可證命題

我说的完备性和完全性是同一回事,即真命题皆可证,而不是说所有的命题都是可证的。

形式算术系统既一致又完全的一个例子:把所有真命题全部都取为公理。不过这个时候,公理集不是递归集

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发表时间: 2007-09-12, 02:12:37 个人资料

hmy


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

我對咬文嚼字興趣不大。
最近發現我樓頂文中有一些錯誤,過幾天整理好了一起發上來。

发表时间: 2007-09-12, 23:18:52 个人资料

星空浩淼


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

我對咬文嚼字興趣不大。
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逻辑学讲究的就是咬文嚼字,呵呵!许多逻辑难题,在外人看来似乎是无聊的咬文嚼字、钻牛角尖的游戏,但这就是逻辑。

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发表时间: 2007-09-13, 02:40:20 个人资料

Night


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Re: 關於哥德爾不完全性定理的以訛傳訛 [文章类型: 原创]

quote : "一旦禁止了對自指句的濫用,任何一個包含算術的自洽的形式系統是否完備,就只能具體問題具體分析了"

事实上 存在一个( 无穷多的中间一个)包含peano算术公理集的递归公理系统 ,把为真的自指句子(例如哥德尔曾构造过的三个自指句子)除外 依然存在一个非递归集 甚至也非递归枚举集的基数为可数无穷的真命题集 。

quote "一旦禁止了對自指句的濫用,任何一個包含算術的自洽的形式系統是否完備,就只能具體問題具體分析 但是,將所有這些命題列為公理,誰又能肯定的說這樣的數學基礎公理系統仍然是不完備的呢?"

把所有为真的命题加到公理集里面 就完备了 ..
严格的判断一个命题为真 想想一些可能
a 它本身或者它的否定是这个系统的形式推论 --绝大多数的未解数学难题是属于这个范围的
b 它的成立依赖于具体模型 比如非欧几何 . 这是观念上的突破 某种程度上来说难于a
c 我们的公理系统还需要增加一些基本的公理 在我们的直观里抽象出一条公理(这些集论公理是先验的?) 然后再论证它与已有公理集的独立性 -- 证明它与它的否都是与原有公理集是相容的
d 事实上存在这这样一些命题 它属于一个系统的Tarski集 但是它们为真是原则上不能被证明的,这严格的区别于同样属于tarski集的可判为真的哥德尔自指句子 。

发表时间: 2007-09-22, 04:03:02 个人资料
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