3、1930年哥德尔的两项主要贡献
(1) 完全性定理:哥德尔的学位论文《逻辑函数演算的公理的完全性》解决了一阶谓词演算的完全性问题。罗素与怀德海建立了逻辑演算的公理系统的无矛盾性及完全性(也许还包括不那么重要的独立性)。所谓完全性就是,每一个真的逻辑数学命题都可以由这个公理系统导出,也就是可证明。
命题演算的完全性已由美国数学家波斯特在1921年给出证明,而一阶谓词演算的完全性—直到1929年才由哥德尔给出证明。但是哥德尔认为,斯柯仑在1922年的文章中已隐含证明了命题演算的完全性,但是他没有陈述这个结果,可能是他本人并没有意识到这一点。
(2) 哥德尔的不完全性定理:这是数理逻辑最重大的成就之一,是数理逻辑发展的一个里程碑和转折点。哥德尔在研究过程中直接考虑悖论及解决悖论的方法,从而把第三次数学危机引导至另外一个方向上。
哥德尔证明不完全性定理是从考虑数学分析的协调性问题开始的。1930年秋在哥尼斯堡会议上,他宣布了第一不完全性定理:一个包括初等数论的形式系统,如果是协调的,那就是不完全的。不久之后他又宣布:如果初等算术系统是协调的,则协调性在算术系统内不可证明。
哥德尔的证明使用了“算术化”的方法。哥德尔说:“一个系统的公式……从外观上看是原始符号的有穷序列……。不难严格地陈述,哪些原始符号的序列是合适公式,哪些不是;类似地,从形式观点看来,证明也只不过是(具有某种确定性质的)一串公式的有穷序列”。因此,研究一个形式系统实际上就是研究可数个对象的集合。我们给每个对象配上一个数,这种把每一个对象配上一个数的方法称为“哥德尔配数法”。哥德尔通过这些数反过来看原来形式系统的性质。
哥德尔研究了46种函数和谓词,哥德尔证明了他的前45个函数和谓词都是原始递归的。但第46个谓词为“x是一个可证公式的哥德尔数”。在对哥德尔配数的系统中,可以得到一个公式,它相当于:我是不可证的。所以这个句子是不可证的且是真的。所以系统中存在真语句而又不可证,也就是系统不完全。
哥德尔的论文在1931年发表之后,立即引起逻辑学家的莫大兴趣。它开始虽然使人们感到惊异不解,不久即得到广泛承认,并且产生巨大的影响。
哥德尔的证明对希尔伯特原来的计划是一个巨大的打击,因此把整个数学形式化的打算是注定要失败的,因而逻辑主义和形式主义的原则是不能贯彻到底的;“希尔伯特计划”中证明论的有限主义观点必须修正,从而使证明论的要求稍稍放宽。1936年甘岑在容许超穷归纳的条件下证明了算术的无矛盾性,而倡导有限构造主义的直觉主义也不能解决问题;哥德尔的工具递归函数促进了递归函数论的系统研究,同时推动了不可判定问题的研究,开始出现递归论的新分支。
哥德尔不完全定理的证明结束了关于数学基础的争论不休的时期,数学基础的危机不那么突出表现出来。数理逻辑形成了一个带有强技巧性的独立学科,而绝大部分数学家仍然把自己的研究建立在朴素集合论或zf公理集合论的基础上。
尽管集合论中存在矛盾,但这些矛盾大部分均可回避。研究这些矛盾,特别是集合论的矛盾变成数理逻辑学家的事业。另外一方面,直觉主义和构造主义数学虽然也有发展,但终究是一小部分,半个世纪以来,在数学中始终不占统治地位。因为矛盾也好、危机也好,根源在于无穷,但是数学中毕竟少不了无穷。归根结蒂,数学终究是研究无穷的科学。
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