罗素悖论

1、为什么罗素悖论产生一次数学危机

这要从当时的数学背景说起。之前由于不严密的使用微积分导致了数学危机二。柯西，阿贝尔等人严密化了微积分。这使数学家看到了严格的数学应该是什么样子的——严格得公理化体系。皮亚诺提出了自然数论得公理。于是，自然的，希尔伯特提出一个计划，要给整个数学建立一套公理系统，使得所有数学命题都能在这个系统中表示。大多数数学命题可以通过自然数结构，及其子集的相关运算（概念）表示。例如实数可以用自然数的子集表示。更一般的，集合论被认为是极其本的（它只包含一个概念，隶属关系，其他一切命题都通过这个关系，和基本的逻辑语言，存在，任意，或，非，来表示），就是这样一个简单的结构，能够表示所有的其他数学领域的命题。费雷格等人给出了集合论的公理，也就是熟知的ZF系统。当时数学界普遍认为，集合论可以表示所有数学命题。但这时，罗素提出一个看似合理的，由集合论的语言定义的概念，“由所有不包含自身的集合构成的集合”。罗素从这个概念出发，导出了矛盾（考虑这个集合是否包含它自身，不论包含与否都有矛盾。罗素用理发师比喻，“一个给所有不给自己理发的人理发的理发师”）。罗素悖论之所以引起危机，在于，当时普遍认罗素悖论中使用的概念是合理的（这是因为集合论被看做应该包含一切的理论，因此诸如“全体集合”、罗素悖论中涉及到的集合，都被认为可以当做集合）。所以费雷格说“在我的书即将出版时，罗素发现了这个悖论，使得整个理论大厦全然崩塌”。

罗素悖论现在已经得到了“解决”。解决罗素悖论的努力直接导致现代数理逻辑的奠基工作，哥德尔不完备定理。首先，冯诺依曼提出，全体集合构成的集合，不能是集合论的一个对象、元素。罗素悖论就是因为把全体集合构成的东西当做集合（集合论语言中的元素）来处理。冯诺依曼提出，全体集合构成的东西可以作为类提起，但不能作为集合参与集合论的运算（这中的区别很大，听起来有点玄，有兴趣可以参考数理逻辑基础知识），亦即不能说这个东西属于某个集合。同时有人提出，加入WF公理（不存在无穷集合降链）。这样一来，罗素悖论就“不再存在”（没有严格证明集合论不存在悖论，但自新集合论公理提出后没有人再发些悖论，数学界也普遍相信新集合论没有悖论。并且哥德尔证明了“无法本质上证明集合论无矛盾”）。但这样一来，原本被认为合理的东西，比如“全体集合构成的东西”，却也无法在集合论的体系内讨论了。也就是说，罗素悖论虽然可以避免，但代价是，这个系统不像人们当初设想的那么包罗万象。罗素悖论“解决”后，人们进一步想严格证明两个事情，一是集合论是无矛盾的（罗素悖论及其各种变种不再存在但或许有别的矛盾呢），二是所有集合论的命题（从而所有数学命题）都能从集合论的公理按逻辑演绎的法则推导出来（完备性）。如果这两件事能成，任何数学命题，要知道真假，所要做的不过是从几条公理出发，按逻辑演绎法则去推，早晚要么证明其为真，要么得到其否命题。从而，说明数学本质上是机械的。这两件事，就是著名的希尔伯特纲领。当时诸多一流数学家都曾尝试，例如冯诺依曼。至此，第三次数学危机结束。