古希腊几何学、印度-阿拉伯算术的发展均不依赖现代逻辑体系,而是基于直观与经验。逻辑的系统化(如亚里士多德三段论)晚于数学实践。
希尔伯特的形式主义纲领试图将数学完全归结为符号游戏,但哥德尔证明任何足够强的形式系统均存在不可判定命题,揭示了逻辑的局限性。逻辑规则随数学实践演化(如直觉逻辑、线性逻辑的出现),而非永恒不变。在我看来,数学不仅是个人直觉的产物,更是主体间协商的结果。逻辑在此过程中充当“交流协议”,确保不同数学家对证明的理解一致。
也就是说他们不是对立的,我的补充就是:数学为逻辑提供素材(如集合论催生一阶逻辑),逻辑为数学提供规范(如ZFC公理化集合论)。二者在历史中协同演化,而非单向决定。
逻辑是数学的“语法”,数学是逻辑的“语义”,二者不可割裂(如模型论研究形式系统与数学结构的关系)。数学直觉不仅是个体的,也是文化沉淀的结果(如印度-阿拉伯数字的全球接受)。逻辑规则可视为集体直觉的结晶。计算机辅助证明(如四色定理验证)挑战了传统直觉与逻辑的边界,提示数学实践的新形态。
数学与逻辑的关系如同“河流与河床”:河流(数学)塑造河床(逻辑),河床引导河流的方向。二者的互动定义了人类理性探索的轨迹。
悖论的解决路径:数学危机(如集合论悖论)的根源在于滥用逻辑(如对无限的非构造性使用),而非数学本身的问题。通过回归直觉构造(如潜无限),可避免逻辑导致的矛盾。
他还指出:公理化的办法,形式主义的办法,当然都会避免矛盾。但是,用这种办法不会得到有数学价值的东西。一个错误的理论,即使没有因矛盾而告终,也仍然是错误的。
布劳威尔最值得称道的成就是否定排中律的有效性。他在“论逻辑原则的不可靠性”中对排中律提出了怀疑。他指出,排中律——间接证明方法的基石——在历史上起源于推理在有穷集合的子集中的应用。但后来却被认为是一条独立的先验原则,并毫无根据地应用于无穷集合上。所以,它是极不可靠的。
从1923年起,布劳威尔在一系列论文中论述排中律在数学中的作用及其可靠程度,使数学家们服了气:必须在有效的证明手段中抛弃排中律。
什么是排中律,用逻辑符号表示为:A 或者非 A(这里的 A 表示任何一个命题) 。例如,“这个杯子是红色的” 和 “这个杯子不是红色的”,这两个相互矛盾的判断,不可能同时为假,其中必有一个是真的。
举一个简单的例子,不然大家不好理解。考虑这样一个命题,存在一个在π的小数点后无限展开的数字序列中,会出现连续 100 个 9 的情况。从传统逻辑排中律角度,此命题要么为真,要么为假。因为 π 的小数点后的数字是无限且确定的,即使目前还没确切找到这样连续 100 个 9 的序列,但从排中律看,它肯定存在或者不存在。
布劳威尔直觉主义视角下:布劳威尔认为,在没有通过有限的、可构造的步骤确切找到π小数点后连续 100 个 9 的序列,或者严格证明这样的序列不可能存在之前,不能判定 “π的小数点后存在连续 100 个 9” 这个命题是真还是假。传统排中律在此失效,因为不能仅仅基于非此即彼的逻辑就认定该命题必然有一个确定的真假值,必须要有实际的构造性证明才行。这样解释,大家应该好理解了吧。哲学本来是有点枯燥的,但我希望,我写的这本书初中生都能读懂。
布劳威尔依据直觉主义原理重新构建数学体系。开始,他没有什么进展。原因在于缺乏符合要求的构造性连续统的概念。1914年,他终于得到了这样一个概念。这是他在一篇对A.舍恩弗利斯(Schoenflis)和H.哈恩(Hahn)关于集合论进展报告的评论中提出的。次年,他审查集合论的构造性基础问题,彻底弄清了排中律的作用。1918年,他发表了以这个概念为基础的集合论。1919年,他作出了测度的构造性理论。1923年,他给出了构造性函数论。
与公理集合论相比,纠缠着构造性集合论的困难是:集合概念不能是本原概念,而是必须解释和说明的概念。布劳威尔在论述中,引入了“自由选择串”来完成这个任务。这就是,从一堆对象(例如自然数)中无限制地进行一连串的选择。所有的选择由一个法则确定。而且,在每次选择之后,接踵而来的可能选择就增添了限制。他把选择所遵循的法则称为“展延法则”,而允许进行的永无结束的自由选择串称为展延法则的“元”。
如果展延法则只允许在有限个可能情形中进行选择,则称其为“有界展延”。作为特殊情形,直觉连续统就可以看成是由有界展延所给出。布劳威尔指出,语句“一个展延的全部元具有性质p”意味着,“我拥有一个构造手段,它能够让我判定,在选择串α的有限次选择之后,选出的元具有性质p。”根据这一解释,根据对这样的构造手段的本性的理解,布劳威尔得到他那称之为有界展延基本定理的定理——扇形定理。这个定理宣称,定义在一个有界展延S上的整值函数f是这样计算的:对于某个自然数n,如果S中任意两个自由选择串α和β,它们的前n个选择重合,那么,就有f(α)=f(β)。
扇形定理
1924年,布劳威尔证明了,在单位闭区间上处处有定义的函数是一致连续的。在这一证明过程中,他第一次采用了扇形定理。布劳威尔的扇定理(Fan Theorem)是直觉主义数学中的核心结果之一,主要用于处理无限结构和连续性原理。以下是对该定理的详细解释:在直觉主义中,“扇”指一种特殊的无限树结构,其每个节点只有有限多个分支。例如,二进制选择树(每个节点分两枝)构成一个扇。
扇定理的陈述:“在任一扇中,若所有路径最终都满足某个性质,则存在一个有限的初始段,使得所有通过该初始段的路径都满足该性质。”
数学上可表述为:
若对于扇中所有无限路径α,存在自然数 n 使得性质 P(α(0),α(1),...,α(n)) 成立,则存在一个统一的上界 N,使得所有路径的前 N 步均满足P。
示例:假设有一个二进制选择树(扇),每条路径代表一个无限序列(如0和1的无限序列)。若每条路径在某个有限步后永远不再出现连续的“11”,则扇定理断言:存在一个固定的步数 N,所有路径的前 N 步就已排除后续出现“11”的可能。
定理表明,无限过程的全局性质可以通过有限的构造性验证来确定,这与经典数学中依赖无限存在的非构造性证明形成对比。扇定理通过有限信息控制无限行为,体现了布劳威尔对数学可构造性的严格追求。而这个,可以用在哲学中,比如在形而上学关于实体和存在的讨论中,布劳威尔的可构造性理念可提供新视角。传统形而上学对实体的定义和论证往往较为抽象,如对上帝存在的本体论证明等。从可构造性角度看,对于声称存在的实体,应要求有可构造的证据或认知途径。例如,对于一些抽象的理论实体(如某些哲学体系中的 “绝对精神” 等),若无法给出具体的构造方式或认知途径,就需要重新审视其存在的合理性。这并非完全否定这类抽象概念,而是强调在讨论其存在时要有更坚实的基础。
应用扇形定理,布劳威尔从根本上动摇了排中律,特别是动摇了它的无矛盾性原理。他成功地显示了,所谓排中律这个普遍原则本身就存在矛盾。也就是说,存在这样的性质,对于有界展延的全部元来说,如果硬使它要么持有这种性质要么不持有这种性质,1920年以后,逻辑学家的注意力都被吸引到了布劳威尔逻辑。人们研究它与经典逻辑的关系。由于K.哥德尔决定性的工作,希尔伯特的基础纲领被冲开了缺口。第二次世界大战后,由于S.克林尼(Kleene)开拓性的研究,由于递归函数论的兴起和计算机的广泛使用,使得直觉主义的基础复活了,它被更多的数学家所接受。
布劳威尔的扇定理不仅是直觉主义数学的技术支柱,更是其哲学理念的数学体现——通过有限的构造性步骤把握无限的本质。这一思想在当代计算理论和逻辑学中仍具深远影响,提醒我们数学的根基始终与人类的认知能力紧密相连。我也是受此此法,以建立一个有限的拓扑哲学公理体系,来解释“无限”问题。
布劳威尔的个人生活和晚年经历也颇为多彩。1905年,24岁的布劳威尔在一篇名为《生命、艺术和神秘主义》的短文中表达了他的人生哲学,这被数学家马丁·戴维斯描述为“充满了浪漫的悲观情绪”。
摘自独立学者,哲学家灵遁者书籍《重构世界》
备注说明:此文中内容为最新版《重构世界》摘录,原版《重构世界》没有AI拓扑哲学体系。因为刚刚完成,还需要校对和修正,所以目前新版只有电子版。目前科普四部曲中的《重构世界》是旧版。特此备注。
作者简介:灵遁者,中国独立学者。原名王银,陕西绥德县人。1988年出生,现居西安。哲学家,艺术家,作家。代表作品《触摸世界》《行者乾坤》《探索生命》《变化》《相观天下》《手诊面诊色诊大全》《笔有千钧》《非线性波动》《见微知著》《探索宇宙》《伟大的秘密》《自卑之旅》《云淡风清》《我的世界》《牙牙学语》等。其作品朴实大胆,富有新意。
个人座右铭:生命在于运动,更在于探索。
灵遁者热读书籍有:科普四部曲,国学三部曲,散文小说五部曲。
科普四部曲分别为:《变化》《见微知著》《探索生命》《重构世界》。
国学三部曲分别为:《相观天下》《手诊面诊色诊大观园》《朴易天下》。
散文小说五部曲分别为:《伟大的秘密》《非线性波动》《从今往后》,
《云淡风轻》《我的世界》《春风与你》。首推长篇小说《伟大的秘密》。