人類歷史上三次數學危機是如何破解的?第三次危機直到今天仍沒解決!

2021-01-15 宇宙探索

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數學,這個我們從小就學的學科。在90後的小學印象中,語文和數學是並重的學科。前者是生活必備的語言,後者是邏輯基礎的工具。

我們或許並不知道數的概念從什麼時候開始的。我們甚至不知道數學起源於文明的崛起還是人類意識中感性經驗自帶的邏輯基礎。

結繩計數是考證最早人類有關數學工具的應用。這是一種多麼簡潔明了的數學表達形式。

人類從一開始總是對自然世界抱有古樸的觀念。比如神造人,天圓地方,物質可無限細分。這些古樸的思想體現在數學上就是樸素整數觀。

古人更願意相信整數可以代表自然界所有的事物。直到畢達哥拉斯學派發現直角三角形的勾股定理後,人類對數字的認識才第一次有顛覆性的變革。

對於一個直邊長為1的等腰直角三角形,它的斜邊長就是根2,可是人們在計算根2的具體數值時卻狂躁了,發現這個數居然可以很長很長,不管你計算多久,它好像都沒完沒了了,這就是人類發現的第一個無理數。

在畢達哥拉斯之前的古希臘哲學中,整數代表了自然的和諧整潔之美。根2的出現無疑讓自然的潔簡之美破碎了。

古人開始研究起了無理數,不再局限於整數的桎梏。對無理數的研究也讓人類第一次思考無窮的概念。比如一條線段無限分,總有一段是無理數式的長度。

在此期間,芝諾還提出來四大悖論,簡稱芝諾悖論。

其中以芝諾的烏龜尤為著名。你不可能追上一隻烏龜,即便你是博爾特也不行。因為你在追烏龜的時候總是要先追上烏龜行進路程的一半,當你追上這一半時,烏龜又前進了一部分,你又得追上新路程的一半,至此你將陷入到烏龜路程一半的漩渦中無法逃脫。

可是這樣的結果卻與事實大相逕庭。正是由於這樣的悖論存在,人類才不得不思考無窮的概念和意義。

現在我們一眼就看出芝諾悖論的弊端。對線段的無窮二分勢必需要無窮的時間,而運動員的時間是有限的,我們不能在有限的時間內做出無限多的事情,那麼在追擊烏龜時,就不會陷入到烏龜路程的一半的邏輯漏洞中。

對無理數和無窮概念的研究和拓展成功的化解了第一次數學危機,人類開始探究新的數學領域。

就這樣整個數學基廈安穩的度過了2000餘年,直到牛頓。我們知道微積分是牛頓和萊布尼茨奠基起來的。有了微積分後,那時的人們可以解決許多前所未有的問題,比如精確測量邊界曲折的土地面積,也可以出測量一條曲線的長度。

微積分的基礎思想就是無限細分再整合。微積分中總是出現無限逼近的概念。比如無限小和0的區別,當時的人們在某種情況下直接將無限小當做0來使用,但卻不知其中蘊涵的數學意義。

牛頓時代的人們還不能徹底搞清楚微分、積分、導數的內在意義。

比如我們計算一條曲線的某點切線斜率,我們可以在這點附近取個邊長都無限小的直角三角形等效替代,取而代之的是這個直角三角形的斜邊斜率。

而當時的人們總是心裡有道槓,人們認為即便直角的邊長再怎麼小,它們的比值也不過是這個直角三角形斜邊的斜率。怎麼能把這條斜邊的斜率直接等同於曲線這點的切線斜率呢?理論上曲線某點的切線不是這個直角三角形的斜邊,所以不能劃等號!

其實牛頓時代的人們搞混了導數和微分的區別。曲線a點周圍的直角三角形(直角邊無限小)斜邊的斜率只是無限逼近a點切線的斜率。就相當無窮小無限逼近0,我們要的不是不窮小,我們要的是0。同樣地,我們要的不是這個直角三角形斜邊無限逼近某數值的斜率,我們要的是a點切線的斜率。而我們明知道直角三角形的斜邊上限或下限無限逼近數值b,而直角三角形的斜邊也同樣上限或下限無限逼近曲線a點切線的斜率。那麼我們就可以認定:曲線a點的切線斜率就是直角三角形斜邊無限逼近的那個數值,也就是b。

舉個很簡單的例子,現在有兩個土豪分別是土豪甲和土豪乙。

我們能知道土豪乙的資產數量,但是卻不知道土豪甲的資產。而土豪甲說:土豪乙的資產總是無限逼近我,而不能達到我的資產。

而土豪乙說,我的資產很難計算,大概是9999萬99999999......元,反正就是無限逼近一億。那麼我們可以直接得出:土豪甲的資產就是一億。

而第二次數學危機,就在於對微積分理解的偏差上。

第二次數學到第三次數學危機相隔也就200餘年。

第三次數學危機是人們對集合論的懷疑,起始於1897福爾蒂發現的集合論悖論,再到康託發現第二個悖論,直到羅素提出了「羅素悖論」,才將對集合論的質疑發展到了極致。

也以羅素悖論最為出名。在羅素悖論中,一個牛逼哄哄的理髮師在門店前寫了一句廣告詞:「自己技術精湛,會給所有不能給自己理髮的人理髮,滿足各種挑剔的需求,大家都來我這理髮吧!」。

那麼問題來了,這個理髮師會給自己理髮嗎?如果理了,那麼就不是宣傳的那樣:只給不能給自己理髮的人理髮了。如果理髮師不給自己理髮,那麼他又違背了廣告詞:只給不能自己理髮的人理髮。

羅素

很多人說羅素悖論只是對集合定義的一種詭辯而已。可是到現在都沒有人能完美解決這一所謂的詭辯。

羅素悖論更像是哲學的本體論,從而劃分出來了唯心和唯物主義。我們從本體論的角度側面解讀一下羅素悖論。

如果我是主觀唯心主義,我說世界只是我的表象,大千世界只是我意識幻想出來供我享樂的「虛假場所」。

那麼問題來了,「我」的概念也是意識幻想出來的假象嗎?如果是,那麼「我對「我」的概念質疑的思想」也是意識幻想出來的嗎?如果還是,那麼「我對「我疑我的思想」的質疑」也是意識幻想的了......如果還是,那麼我的意識主動性還存在嗎?意識本體在哪裡?難不成我的前一秒意識幻想出我的後一秒意識嗎?好像我一思考自己的意識,意識本體就在自動後退,從而完美規避了我的意識被自己意識。那麼你的意識到底是什麼,它還存在嗎?如果你的意識存在,請你解釋剛才的矛盾。如果你的意識不存在,那麼世界就不是你宣稱的唯心主義了,這不和你起初自稱唯心的口號矛盾了。

羅素悖論,就很像這個問題,總是首先把自己置身事外,而換個角度看自己又處於事物之中。那麼自己到底在事物之中還是事物之外呢?

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相關焦點

  • 歷史上的三次數學危機
    全書對人類的智慧和生活作了多維度總結和探討,涉及如何處理人與自然的關係、人與人的關係、人與自身的關係,對人類前途和命運的探討,以及如何使人類生活得更加幸福快樂等問題。書中既有豐富的歷史、哲學、宗教和文學知識,也對人類在數學、物理、化學、生物等方面的成就進行了總結和概括。
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  • 第三次數學危機
    >第三次數學危機產生於十九世紀末和二十世紀初,當時正是數學空前興旺發達的時期。不過,這個層次理論十分複雜,所以數學家要把這個方法加以簡化,而先提出的人是策墨羅,他提出了「有限抽象原則」和幾條公理,及後再由弗蘭克和斯柯倫補充修改,形成現在在數學上較為流行的公理系統——ZFS公理系統。隨著公理化集合系統的建立,集合論中的悖論被成功排除了,因而從某種程度上來說,第三次數學危機解決了。
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    這一悖論直接觸犯了畢氏學派的根本信條,導致了當時認識上的"危機",從而產生了第一次數學危機。  到了公元前370年,這個矛盾被畢氏學派的歐多克斯通過給比例下新定義的方法解決了。他的處理不可通約量的方法,出現在歐幾裡得《原本》第5卷中。歐多克斯和狄德金於1872年給出的無理數的解釋與現代解釋基本一致。今天中學幾何課本中對相似三角形的處理,仍然反映出由不可通約量而帶來的某些困難和微妙之處。
  • 數學史上的三次數學危機
    數學的三次危機從哲學上來看,矛盾是無處不存在的,即便以確定無疑著稱的數學也不例外。數學中有大大小小的許多矛盾,例如正與負、加與減、微分與積分、有理數與無理數、實數與虛數等等。數學的發展就經歷過三次關於基礎理論的危機。
  • 數學史的三次數學危機
    在數學史上,貫穿著矛盾的鬥爭與解決。當矛盾激化到涉及整個數學的基礎時,就會產生數學危機。而危機的解決,往往能給數學帶來新的內容、新的發展,甚至引起革命性的變革。 數學的發展就經歷過三次關於基礎理論的危機。
  • 第三次數學危機及其意義
    第三次數學危機及其意義內容提要第三次數學危機及其意義(人物、危機產生、危機終結及意義)第二次數學危機及其意義(人物、危機產生、危機終結及意義
  • 第三次數學危機已經存在了100多年了,至今還沒有解決嗎?
    其實這個問題的提到的兩個數學現象根本不在一個層次上。從遠古時代到現代,數學史上一共有三次危機。第一次是古希臘關於無理數的誕生產生的爭論,第二次是微積分裡無窮小量的爭論,第三次就是19世紀關於集合論定義的爭論。
  • 世界數學史上的三次數學危機
    數學的三次危機從哲學上來看,矛盾是無處不存在的,即便以確定無疑著稱的數學也不例外。而危機的解決,往往能給數學帶來新的內容、新的發展,甚至引起革命性的變革。數學的發展就經歷過三次關於基礎理論的危機。三、第三次數學危機數學基礎的第三次危機是由1897年的突然衝擊而出現的,從整體上看到現在還沒有解決到令人滿意的程度。
  • 第三次數學危機是什麼
    第三次數學危機,首先要從一個數學加羅素開始
  • 數學史上一共發生過三次危機,都是怎麼回事?
    在數學歷史上,有三次大的危機深刻影響著數學的發展,三次數學危機分別是:無理數的發現、微積分的完備性、羅素悖論。直到微積分發明100多年後,法國數學家柯西用極限定義了無窮小量,才徹底解決了這個問題。第三次數學危機數學家總有一個夢想,試圖建立一些基本的公理,然後利用嚴格的數理邏輯,推導和證明數學的所有定理;康託爾發明集合論後,讓數學家們看到了曙光,法國科學家龐加萊認為:我們可以藉助結合論,建造起整座數學大廈。
  • 數學故事——第三次數學危機
    羅素悖論使整個數學大廈動搖了。無怪乎弗雷格在收到羅素的信之後,在他剛要出版的《算術的基本法則》第2卷末尾寫道:"一位科學家不會碰到比這更難堪的事情了,即在工作完成之時,它的基礎垮掉了,當本書等待印出的時候,羅素先生的一封信把我置於這種境地"。於是終結了近12年的刻苦鑽研。
  • 大危機大發展大邏輯,鳳凰涅槃般的數學發展的三次危機
    從公元前6世紀到20世紀初2600年間發生過三次數學危機,前兩次危機的解決都極大地推動了社會的變革和發展。第一次是無理數的發現,在此之前的人們只是很簡單的把數字分成了整數和分數,但是這個時候有人發現了一個問題。那就是一個直角邊都是1的斜邊無法用一個具體的數字來表示。也就是我們最早知道的幾個無理數之一的根號2。
  • 歷史上的三次重大危機,差點讓數學消失
    後來,人們從他的發現中知道了除去整數和分數之外,世界上還存在著一種「數」,而正方形的對角線就是這種「數」。於是人們把整數和分數合稱「有理數」,把新發現的「數」起名為「無理數。第二次危機:在十七、十八世紀,微積分已經廣泛被使用,但圍繞它的基礎定義的爭論卻一直沒有停止。人們爭論的點在於:「無窮小量究竟是不是零?」
  • 3分鐘了解數學史上的第三次數學危機
    在二十世紀以前,數學經歷了極大地兩次考驗。第一個是不可度量的發現,第二個就是微積分基礎的爭論。數學史上的第二次數學危機已經基本解決。嚴格的來說,微積分理論是以實數理論為基礎的,而嚴格的微積分理論又是以集合論為基礎的。即使集合論的相容性尚未證明,但很多人認為解決它這只是時間長短的問題。1900年在巴黎舉行的數學家大會上龐加萊這樣說道:今天我們可以宣稱,完全的嚴格性已經完全達到了!
  • 數學史上的3次數學危機
    在數學的發展史上,大大小小的矛盾出現過很多,但很少能威脅到整個數學基礎理論,甚至引起危機。即便是千百年來人們對歐幾裡得幾何公理第五公設的疑惑,也不曾造成數學上的危機,且最終成就了羅巴切夫斯基幾何和黎曼幾何。數學史上共出現三次數學危機,每次都是由於悖論的發現而深刻和廣泛的影響了數學基礎。
  • 三次數學危機——長達一個世紀關於數學基礎問題的爭論
    直到1872年,德國數學家對無理數作出了嚴格的定義,無理數本質被徹底搞清。無理數在數學中合法地位的確立,才真正徹底、圓滿地解決了第一次數學危機。十七世紀後期,牛頓、萊布尼茨創立微積分學,成為解決眾多問題的重要而有力的工具,並在實際應用中獲得了巨大成功。
  • 第三次數學危機是什麼
    理髮師悖論今天和大家分享的小故事,主人公是一位理髮師。很久很久以前,在一個小鎮上,只有一位理髮師。他理髮有一個硬性規定「我只給不給自己理髮的人理髮」。想想看,誰能在這時候出來說,我錯了,我的理論基礎就沒正確,而放棄這一偉大成就呢。康託爾而羅素又不停的追問康託爾理髮師會給自己理髮嗎?康託爾又無法回答這一問題。