连续统假设既不假又不真?
这个问题被提出来40年以后(1938年),哥德尔证明,不能证明CH是假的,就是连续统假设是错的。又过了60多年以后(1963年),科恩证明,不能证明CH是真的,就是连续统是对的。
这是什么意思?
第一个问题是怎么样才算是一个“证明”?怎么能证明它“不能证明”?比如哥德巴赫猜想,现在没有证明是因为我现在不够聪明;费马大定理,哪一天灵感来了,就能证明了。但是哥德尔和科恩的意思是说你不管多聪明,你都不能证明。一旦在数学中证明什么不能证明,就要学逻辑,光学数学不够。
第二个问题是一个数学命题是真的,这是什么意思?连续统假设你不能证明它是真的,也不能证明它假的,所以第三个问题是它到底是真的还是假的?这就引导我们进入这个问题,真理离我们有多远?大家不要觉得数学好像是一门严密、精密的学科,数学中还有很多这样没法回答或者没法确定的问题。
什么是证明?一个数学证明是从一组公理出发,按照逻辑规则得到一些称作定理的数学命题的过程。目前有一个公认为数学基础的公理系统,就是说所有的数学定理“原则”上都可由这些公理证明。这个公理系统就是ZFC。ZFC是由这三位数学家经过多年的努力建立起来的,Z代表策梅罗,F代表弗兰克尔,这是斯克伦。弗兰克尔、斯克伦只贡献了倒数第二条公理。其他的是策梅罗提出来的。一开始大家都认为倒数第二条是弗兰克尔的,但是最近发现,是他俩各自独立地提出来。C就是选择公理,选择公理也是策梅罗在证明良序定理的时候发现的。选择公理以前大家都在偷偷地用。策梅罗把这条公理提出来了,没有这个公理,许多东西没法证明。选择公理在现代数学史上争论非常大。
作为数学基础的ZFC,每一个数学定理都是ZFC的定理。CH不是ZFC的定理,CH否定也不是ZFC定理。证明“不能证明”到底是怎么做到的?哥德尔构造了一个模型L,在其中ZFC的公理和CH都是真的,所以根据逻辑的定理,我们不能指望从ZFC出发证明CH是假的。科恩做了相反的工作,他构造一个模型M[G],在其中ZFC的公理和并非CH都是真的,所以根据逻辑的定理,我们不能指望从ZFC证明CH是真的。既不能证明它真也不能证明它假。
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