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无歧义严谨定义的形式语言,现在已经广泛应用在计算机程序语言和数学公理表达中。塔斯基是先驱之一。他严格定义的T模式,让我们可以用数理逻辑的理论,来研究与真理有关的问题。在数理逻辑中,有个著名的“对角线引理”,或称为“不动点定理”,【1】如下:
设S是包含着一阶算术的理论,对任给公式φ(x)存在一个句子ψ,有 S ⊢ψ↔φ<ψ>.
这里“包含着一阶算术的理论”指包含着算术公理用一阶逻辑推出的命题集合,现在整个公理化数学系统已建立在这上面。凡能描述算术的形式语言也必须包含它。S ⊢ 的意思是:理论S中,能够证明右边的式子成立。这里φ<ψ>是φ(<ψ>)的简写,是评判句子ψ具有φ性质的谓词表达式。这个引理的大意是:对于能够谈算术讲逻辑的语言,任给一个用来判定句子的属性φ,总能写出自我指涉的一句话ψ,说自己具有这个属性φ。用自然语言表达ψ就是:“这句子具有属性φ”。不过这里的ψ是用形式语言表达出来,在理论S里证明它逻辑上是这个意思。用它构造个谎言悖论可以证明一个重要的定理。【2】
塔斯基定理:任何包含着一阶算术的理论,也包含了T模式,则是不相容的。(Any theory extending first-order arithmetic and containing schema T is inconsistent.)
有了这个对角线引理,它的证明很简单。如果这个理论也包含T模式,谓词T在这里是个公式,它的否定¬T也是个公式,根据对角线引理,存在着一个句子ψ,在这个理论里有:ψ↔ ¬T <ψ>。但按T模式,则有ψ↔ T <ψ>,得出T <ψ> ↔ ¬T <ψ>,说明这理论里有矛盾,不是自洽的。
这个定理也称为“Tarski's undefinability theorem”,它指出了语言定义能力的局限性,任何足够丰富包含算术的语言,都不足以无矛盾地解释它所能表达句子的语义,句子的语义必须在更丰富的高阶语言来表达,否则就可能引起悖论。
塔斯基定理几乎与哥德尔定理在同一时间被证明,包含着许多共同的内容。近些年人们认为塔斯基定理值得更多的关注,因为哥德尔定理只是揭露数学系统里的局限性,在哲学层次不清晰,而塔斯基定理则找出问题出在语言固有的局限性,这不仅适用于数学,而且适用于由对角线引理导致自我指涉的任何系统。
为什么要花费时间研究语言的问题呢?因为哲学、科学、包括数学理论的表达和推导都是通过语言来进行的,语言出现的悖论也会在它们的理论中出现,语义悖论的解决方案同样有助于它们问题的解决。
由于这个定理,塔斯基提出要避免语义的悖论,必须把语言的表述功能和对语言的评判功能分开,任何语言都不应该说道自己写的句子,只能用高一级的语言来进行。这时被评判的称为“对象语言(object language)”,评判者称为“元语言(meta language)”,元语言具有对象语言的语法、逻辑关系等表达能力,再加上对对象语言的评判能力。例如,在对象语言可以说“雪是白的”,但不能说“‘雪是白的’是真的”,只能在元语言说这样的话,而(“‘雪是白的’是真的”是真的)只能在更高一级语言中说。这样我们就把语言分了层次,每一个层次的语言都不是语义上封闭的,不能说道自己。不谈自身就什么麻烦都没有了。
在这个规定下,所有的语句都不能指向自己,也不可能通过自我指涉链的传递,指向高阶的评判语句,这就解开了自我指涉,也就没有了这类的悖论。
那么如何定义真理呢?从塔斯基定理知道,在对象语言里不能包含T模式,说句子为真必须在元语言中。指称对象语言中一个句子为真的谓词(式子T)在元语言中表述,在元语言里定义了这个为真的谓词,它必须能够满足T模式所产生的例子,并且被元语言系统逻辑地证明。这可以通过满足所有T模式简单句,和定义它们逻辑连接词形成的复合句来实现。这样形式语言公理化的定义,可以通过一系列繁杂机械性的工作来完成了。这样子,L0语言里的句子,由元语言L1定义的T1谓词来评判它的真假,L1语言由高一级元语言L2里来描述并定义T2谓词,用L0,L1,L2,L3,。。。,来表示层次结构里的语言,每个Ln里定义下面层次语句为真的谓词Tn,和其他层次的不是同一个词,每一个层次的语言都不是语义封闭的,以此来避免悖论。【3】【4】
在1985年Yablo发现类似于谎言悖论,但不是自我指涉的语义悖论。他构造了一个无穷系列的句子链,每个句子都说后面的句子不对。即对于每个自然数i,定义Si =“for all j>i, Sj is not true”。我们先用反证法证明没有一个句子是对的。如若不然,则有个i,Si是对的。这句子说j>i之后的Sj都不对。特别有Si+1不对。否定了这句,那么至少有个k,k>i+1,句子Sk是对的了,但这与Si的断言相矛盾。这证明了每个句子都不对,包括S0。但如果是这样,则对所有 i>0,Si都不对,S0说的便是事实,这又成了矛盾。
这个悖论没有通过一个闭合的链条指向自己,所以不是个自我指涉的悖论,发生悖论的原因是非well-founded的,即它具有无穷的包含关系。要阻止这类悖论,要求某些下降型的层次结构语言是well-founded的。
有了明确的语言层次结构,能够避免自我指涉等悖论的困境,大家高兴了几十年,但新的问题又来了。
(待续)
【参考资料】
【1】Wikipedia,Diagonal lemma http://en.wikipedia.org/wiki/Diagonal_lemma
【2】Wikipedia,Tarski's undefinability theorem http://en.wikipedia.org/wiki/Tarski%27s_undefinability_theorem
【3】 SEP,Tarski's Truth Definitions http://plato.stanford.edu/entries/tarski-truth/
【4】塔斯基的真理論 http://callmecallme.blogspot.com/2007/02/blog-post.html
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