∈N,∃! n′∈N∀n∈N,∃!n′∈N,对于任意自然数 m,nm,n,如果 mm 的后继数等于 nn 的后继数(即 m′=n′m′=n′),则 m=nm=n。0 不是任何自然数的后继数。即:不存在自然数 nn,使得 n′=0n′=0。形式化:¬(∃n∈N, n′=0)¬(∃n∈N,n′=0)。
从这些公式出发,用区区五十步就能证明1+1=2。
希尔伯特觉得这套基于公理和证明的数学体系非常棒,他提出,还要再证明这套系统有三种美好品质,即:
完备性(所有真命题都可以从公理出发得到证明)
一致性(这个体系不存在矛盾)
可判定性(存在一个算法能判定任意一个命题是否可以从公理出发证明)。
如果能证明公理化的数学体系有这三点美好品质,那么数学就再也无懈可击,人类甚至可以发明一台机械先写出所有公理,然后进一步推演,写出所有一步证明定理,二步证明定理。
注入庞大算力之后,这台机械最终能证明一切数学真理,所有猜想都必然可以证明或证伪,就像是湖水里面的鱼一样,只要抽干湖水就能收获所有的鱼。
数学的大厦已经落成,后续的数学家只剩一些修饰工作了。
这样的数学真是美好,一切都是确定的。
然而哥德尔一挥手,数学大厦上方出现两朵乌云。
他证明了数学根本不完备。
哥德尔的证明思路非常巧妙,他发明了一套编码系统,为形式语言中的每一个符号、每一个公式、甚至每一个证明序列,都赋予一个独一无二的自然数作为编号,这种符号叫做哥德尔数。
“哥德尔数?”许晨轻声重复着这个陌生的词汇。
“对,哥德尔数。”郑院士目光落在远处机房闪烁的指示灯上:“他用哥德尔数证明了,对于任何一个包含算术的形式系统,你总能构造出一个命题G,而G说的恰恰是‘命题G在系统内不可证明’。”
许晨感觉顿悟一般,头皮都有些发麻:“这不是……自己说自己?”
“看来你理解了关键,自指,一切数学悖论的源头。”郑院士点点头:“哥德尔把证明这个元数学概念,编码进了算术本身,证明序列被翻译成自然数,推演规则被转换成算术运算。于是,数学系统忽然就拥有了谈论自己的能力。”
他顿了顿,语气微微加重:“就像一个人忽然能对着镜子
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