數學史上一共發生過三次危機,都是怎麼回事?

2020-12-03 艾伯史密斯

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。

第一次數學危機

第一次數學危機發生在公元400年前,在古希臘時期,畢達哥拉斯學派對「數」進行了定義,認為任何數字都可以寫成兩個整數之商,也就是認為所有數字都是有理數。

但是該學派的一個門徒希帕索斯發現,邊長為「1」的正方形,其對角線「√2」無法寫成兩個整數的商,由此發現了第一個無理數。

畢達哥拉斯的其他門徒知道後,為了維護門派的正統性,把希帕索斯殺害了,並拋入大海之中,看來古人也是解決不了問題時,先解決提出問題的人。

即便如此,無理數的發現很快引起了一場數學革命,史稱第一次數學危機,這危機影響數學史近兩千年的時間。

第二次數學危機

微積分是一項偉大的發明,牛頓和萊布尼茨都是微積分的發明者,兩人的發現思路截然不同;但是兩人對微積分基本概念的定義,都存在模糊的地方,這遭到了一些人的強烈反對和攻擊,其中攻擊最強烈的是英國大主教貝克萊,他提出了一個悖論:

從微積分的推導中我們可以看到,△x在作為分母時不為零,但是在最後的公式中又等於零,這種矛盾的結果是災難性的,很長一段時間內數學家都找不到解決辦法。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。

正在數學家高興之時,英國哲學家、邏輯學家羅素,提出了一個驚人的悖論——羅素悖論:

羅素悖論通俗描述為:在某個城市中,有一位名譽滿城的理髮師說:「我將為本城所有不給自己刮臉的人刮臉,我也只給這些人刮臉。」那麼請問理髮師自己的臉該由誰來刮?

羅素悖論的提出,引發了數學上的又一次危機,數學家辛辛苦苦建立的數學大廈,最後發現基礎居然存在缺陷,數學家們紛紛提出自己的解決方案;直到1908年,第一個公理化集合論體系的建立,才彌補了集合論的缺陷。

雖然三次數學危機都已經得到了解決,但是對數學史的影響是非常深刻的,數學家試圖建立嚴格的數學系統,但是無論多麼小心,都會存在缺陷,包括後來發現的哥德爾不完備性定理。

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    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。至於埃及、巴比倫、中國、印度等國的數學,並沒有經歷過這樣的危機和革命,也就繼續走著以算為主,以用為主的道路。而由於第一次數學危機的發生和解決,希臘數學則走上完全不同的發展道路,形成了歐幾裡得《原本》的公理體系與亞里斯多德的邏輯體系,為世界數學作出了另一種傑出的貢獻。
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  • 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。
  • 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。康託爾曾經證明過不存在最大的基數,羅素對此有些疑惑,認為以世界上所有的集合為元素構成的集合應該是最大的(因而具有最大基數),這樣他就發覺其中有些矛盾,開始的時候他也覺得這件事也許沒什麼大不了的,也許是在什麼地方繞住了,但是他左思右想仍無法繞過來,結果產生了著名的羅素悖論,引起了關於數學基礎的新的爭論,從而造成了數學史上更為嚴重的關於數學基礎的第三次危機。
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  • 「數學危機」和「音樂」有聯繫?
    讀研究生時有門課程叫《高等工程數學》,老師的姓名至今我還記得,他上課特別有意思,枯燥的數學課總能逗得大家哈哈大笑,第一節課老師講了三次數學危機、得了諾貝爾獎的數學家。讓我這個總逃課的人深深地記住了他。 數學危機什麼是數學危機,就是數學發展中出現了現有的基礎理論無法解決甚至推翻了現有基礎理論的現象。
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