事情的开端,是这样的。
我一直在想,一个命题为什么只能是真或者假?虽然模糊逻辑提出了这个二重态的混合态,但本质上来说还是真假二元的。可为什么一个命题不是真的就是假的?不能既真又假,或者既非真亦非假?或者无法判定一个命题的真假——这也是真假以外的一个状态。
是命题天生只能有真假二分,还是说是我们已经习以为常了真假二分的命题,所以在数学上规定了命题只能真假二分?
元素和集合的关系都有哪些呢?一般来说,一个元素要么属于一个指定集合,要么不属于。但,这种二分到底是元素和集合天然就有的关系,还是因为我们已经习惯了如此关系和元素和集合,所以在数学上强行构造了这么一种关系结构呢?
维特根斯坦的逻辑哲学的基础是命题的真假函项,但如果我们不用这个为前提,而采用模糊逻辑,那么是否会引入概率分布和统计呢?如果出现统计,使用贝叶斯概率还是不含主观因素的非贝叶斯概率呢?
我们都知道自然数的严格定义依赖于以后继数为基础的皮亚诺公里(基于序数理论,基数理论有别的定义方法),但究竟是皮亚诺公理给出了自然数,还是自然数给出的皮亚诺公理?
上述所有问题可以统一成一句话:到底是数学天生就是如此,还是我们选择了如此这般的数学?
让我们先歇一下,想想究竟什么是数学?
对究竟什么是物理这样的问题的探究会让人陷于迷思——比如关于“物理”、“物理理论”和“物理学家的物理理论”这三样东西,你能一下子说出它们的不同和关联吗?
有自然存在之物做参照的物理学尚且让人有点摸不着头脑,这纯思辨的数学就更摸不着边际了。
在我看来,数学就是研究一切逻辑上与形式上可能存在之物的学问。
既然是一切逻辑上和形式上可能存在的对象,那么,回到上面的问题——那些问题我们现如今的选择,是唯一的选择,还只是因为历史原因而我们做出的选择呢?
究竟世界本就如此,还是世界演化至此?
让我们来看自然数的序数和基数的两种定义方式:
自然数的序数定义(皮亚诺公理):
满足以下五点的系统,被称为“自然数集”,其中的元素称为“自然数”:
1,存在始元,记为1;
2,任意元素n有且只有为一个的“后继数”,记为n+1,且n+1也是该集合元素;
3,如果元素m和n的后继数是同一个元素,那么m和n必然也是同一个元素;
4,始元1不是任何该集合中元素的后继数;
5,如果存在一个集合S,始元1是S的元素,且如果元素n在S中,则n的后继数n+1也在S中,那么S必然就是自然数集。
这是通过序数理论构建出的自然数和自然数集的定义。
而从基数理论,自然数和自然数集可以这样给出:
记录0={},1={0}={{}},那么自然数n就是集合:n={0,1,2...n-1},及自然数n就是所有小于n的自然数为元素构成的集合。
通过上面两个定义,我们自然可以看出:这样定义出的集合,的确就是自然数集,而其中的元素,也的确就是自然数。
当让我们后退一步,站在外面重新看这两条定义,它们到底是“构造了自然数”,还是“描述了自然数”?
比如说,为什么皮亚诺公理选择了这样的五个条件?
我想答案更多是“这样的条件可以给出符合我们所理解的自然数的集合”。可这样就是“先有了自然数,然后找出描述自然数的一组最精简的条件”,而不是“从无到有地构造出了自然数”。换言之,这样得到的自然数,是以我们日常生活中所接触到的自然数为标本所作的严谨描述,但本身并不能回答这么一个问题——为什么自然数是这样的。
它可以告诉我们,从数学的角度,如何选择一个公理体系并构造出自然数,但无法告诉我们为什么要这么构造。
是为“知其然不知其所以然”也。
比如说群这个数学对象,其定义为:
一个群,其上定义一个二元运算×,运算×满足:
1,a×b是集合中的元素(封闭性);
2,(a×b)×c=a×(b×c)(结合律);
3,存在单位元满足e×a=a×e=a;
4,任何元素a存在逆元b使得a×b=b×a=e。
我们一般都认为上述的定义给出“群”这个数学对象的严格描述,但这个定义并不是牢不可破的,换言之并不是说一个数学对象只能由着四条定义给出,缺一不可,相反地,缺少一点东西以后能得到更广阔的内容,比如去掉逆元这个条件,我们得到了幺半群;如果再去掉存在单位元这个条件,就得到半群;接下来,单独砍掉结合律,我们得到环群;在环群上砍掉单位元,就得到拟群;如果在群的定义上单独去掉封闭性,我们得到广群;如果再在广群基础上砍掉逆元,就得到范畴(当然,应该是非真类的小范畴,大范畴可以定义在类上,而群是定义在集合上的)。
也就是说,群这个对象之所以这么要求,是因为我们需要这些要求来描述群这个我们已经熟知的东西(群和对称的经验起源是共通的)。如果我们将这些描述松动一下,或者甚至修改一下,我们就能得到不同而有联系的另一类东西。
自然数也是这样——为什么要皮亚诺的五条条件?因为这五条条件构成的公理体系描述了我们熟知的自然数——而不是说自然数天生就长这样。
是我们先有了并熟悉了自然数的概念,然后我们才找出了皮亚诺公理体系来描述这个我们早已熟知的东西。
如果我们对这五条做一点小修改,说不定就能得到不同的东西——可以不叫自然数,而是叫广义自然数或者亚自然数泛自然数什么的。
因此,这就牵扯到这么一个问题——我们现在所认为的数学的基础——无论是公理集合论还是拓扑斯——到底有多少是我们人为选择出来的呢?
换言之,我们目前的数学,是“所有可能的逻辑与形式的一部分”,还是就是“所有可能的逻辑与形式”?
或者问,我们现在的数学是理应如此的,还是演化至此的?
选择一些彻底不同的基础,是否可能得到意想不到的数学?还是已经包含在现有数学中了?
比如,如果命题不只有真假之分,加入元素可以不只在指定集合内外,存在这种楚河汉界划分之外的关系,那么数学会是如何的?
——还是说,存在数学原则要求不能做如此跨越二元的状态?
你看,连数学都未必是一成不变的,何况别的那些日常观念乎?
换个视角,世界将格外精彩。