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第36讲:康氏集合论时代背景

已有 366 次阅读 2024-8-4 11:38 |个人分类:终极大自然观|系统分类:科研笔记

序:

悉知,是数学 “寻根”工程导致 “终极大自然观”(简称本论),足可见数学之“根”通联著大自然,非同小可。

但是,“本论”之初是匆匆进入正题的,出于问题的重要性,在此熟悉了本论“梗概”之际,有必要对数学产生“寻根”的时代背景来个再认识,以飨广泛读者(任一门道对其历史的认识需求是随其认知的深入而深入的)。

具体说的是19世纪后半叶,这是数学的“爆炸”性发展时期,是形成“抽象数学”的时期,它孕育了20世纪的辉煌数学(为20世纪蓄势),也是现代集合论的萌芽时期。

时势造英雄,现代集合论之父康托尔(1845-1918,德)正是在这一环境中孕育成的。

一、此期是进入抽象数学的时期

1.1 分析学诞生

皆知,分析学起自17世纪后半叶的牛顿、莱布尼兹分别从运动学和几何学角度创建起来的微积分法,由于它(作为科学的一大突破)触及到了微观世界的“无穷小”、几何“点处”的本质特征,激起了数、理、哲的强烈争论,直至19世纪先后有了诸如“极限”概念的产生,狄特金等的实数完备性理论,柯西(1789-1857)对无穷序列的研究,分析学之父魏尔斯提拉斯(1815-1897)的贡献(诸如“点点连续点点不可导”例,语言)等,以及“极限论”(实则极限方法)的形成,总算暂时“平息”了这一旷日持久的争论(当然,离认识无穷小和无穷还远)。

但即便如此,也使得微积分法进入到微积分学(简称分析学)时代,对整个数学的影响更是产生了“爆炸”性发展。

总体特点是,不仅微积分概念得到迅速推广与引申,还使得微积分思想迅速渗透到其它基础性学科,比如除数论、代数、几何等基础学科外,还发展了实变函数、复分析、张量分析等等学科。

又一特点是,形成了注重于从“集合”出发的思维特征。

1.2 近世代数诞生

已知,它产生于伽罗瓦(1811-1832)对阿贝尔(1802-1829)证明的“五次及以上代数方程无一般解”,作“解集合”思考,从而首次提出了“群”概念。

伽罗瓦的这一成果是(经转托)于40年代发表的,70年代正式形成了“群”论分支学科。

“群”论的根本特点(相对于经典代数的“求根”特征来):一是从“根集合”的思考升华成对一般(非数)“集合”作研究;二是对一般“集合”给出一种运算,统一记为“.”(可叫做“加”或“乘”及其逆运算)使之具备“封闭性”(保持在集合内);三是对于一般集合给出的”运算“,其运算法则必然需要特别认定或叫特别”赋予“才行(也必然增加篇幅)。

这一来,“群论”很快在诸如物理学、化学中得到广泛应用(如旋转群、对称群之类即是)从而得到迅速发展。

进一步很快建立起了群、环、域(模)理论,统称近世代数,也叫抽象代数,直至发展成宏大的现代“代数学“。

显然,总体特点之一仍然是从“集合”出发的思维。

1.3 非欧几何诞生

来自讨论欧式《几何原本》的“第五公设”独立性,就此罗巴切夫斯基(1793-1856)于30年代首次突破性给出了“非欧几何”,世界为之一振(难于接受)。

特别在50年代进一步有了黎曼(1826-1866)从另一角度给出的非欧几何突破“黎曼几何”(具体是将欧式几何(平直空间,0曲率)中距离公式推广到一般空间(弯空间,非0曲率)量度公式),加上大神高斯的首肯,终于得到世界认同,从而立即引起了整个几何学的“爆炸”性发展。

一方面是形成了关于流形上数学的(全局分析的)长远而深刻的发展,简称“几何学”(具有代表性的学科才有资格用学科简称)。

另一方面是在它的影响下,其它几何分支也纷纷活跃起来,除解析几何、微分几何(局域)的外,比如还产生了默比乌斯“带”和克莱因“瓶”(1882),产生了(克莱因的)综合了多个分支学科的“爱尔兰根纲领”及其影响下的(彭赛列的)“射影几何”、“高等几何”等等。

特别还有(20世纪初)希尔伯特(1862-1943)对几何学的“特别”认识(试图以《几何基础》彻底澄清整个几何学)。

同样的,这时的研究仍然体现出更多从“集合”出发的思维特征。

二、现代集合论萌芽

带着“集合”概念不能不看到,“集合”意识已是数学在此期(19世纪后半叶)内可谓鲜明的思维特征了。比如除上述“抽象数学”的外,还能看到好些(于下世纪初才正式形成的)学科正是以“集合”特征孕育、萌芽于此期内的。

例如:

一是测度论,这是直接针对“集合”的理论,虽然它正式产生于(20世纪的)1914年,但源自19世纪末对低维实数集的研究(当其向高维进发时对其困难的突破而形成了测度论学科),比如在低维时的勒贝格测度(形成于1902年)即是直接针对“点集”的(也就是实数集上的)研究。,

注:正是测度论,获知稠密点集的测度为0,从而获知“无理数集”具全测度特性,产生了(也是导致本论的)“实轴结构之谜”。

二是数理逻辑,也说是“公理”、“集合”与“逻辑”结合的产物,其渊源远自莱布尼兹(1666年),近自布尔逻辑(1847年),成于弗雷格、罗素、皮亚诺(1894年),因此说它是形成于19世纪后半叶的。

(注:一度以为“数理逻辑”能导致数学的“完备”(找到数学的“根”),多亏哥德尔(1906-1978)的“不完全性定理”(30年代)校正了这一思风。)

三是拓扑学,已知,“拓扑学”作为“橡皮几何”是典型的(集合;公理,关系)模式,这是数理力学及哲学家庞加莱(1854-1912)于19世纪末提出的,由此还拓展出十分重要的“动力系统”理论。

特别是其(横梗数学一个世纪的)“庞加莱猜测”更是建立在对“无穷集”本质深刻理解基础上的。

总之,出于此期内数学的活跃性,所孕育的20世纪数学因素不少,除集合、测度之类既知的概念外,还有如“公理化”思想、“不变量”概念和“抽象空间”概念等都是此期内产生的。

三、康氏的睿智和担当精神

3.1 康氏意识到了数学谜题的特性:

成长于“集合”特征下(数学环境中)的康托尔,以超越于一般人的眼光注意到了数学史上诸多谜题的一个共同特点,那就是不仅都与“无穷”概念攸关,还来的更为深刻,具体说就是“无穷”的本质问题。

正是这一潜藏著的“无穷”本质,致使两千多年来的数学一直处于被动地位,以致(已知)相关谜题越来越多,简单的如无理数的终极位置?皮亚诺映射之为什么?等等或如(第二~第五)各讲中“遗留”的问题都是如此。

3.2 康氏毅然选择了探索“无穷集”本质:

须知,即使在(19世纪后半叶)“集合”时代,对“无穷集”的本质研究也是无人问津的。

也许是出于学生时被老师告诫“无穷是数学的地狱”了,或许是出于习惯性思维认为那是“上帝”的事(下意识的)不敢问津了吧。

却这正好给了康托尔以机会。

当然,这显然不是他的运气,而是来自内在气质(天赋+兴趣)的必然。

3.3 康氏迟到的“丰碑”:

已经知道了,正是康氏的毅然选择,使之踏上了艰辛历程尽管长期孤立无援、不受待见。

一方面是,他揭开了数学的潘多拉魔盒,一时间乱了阵脚,遭遇到精神和人际上的打击。

另一方面,当其“连续统猜测”引出了第三次数学危机时,显得十分尴尬。 

可是,数学终于在阵痛之余欣然意识到,数学尚需建立基础、数学尚需“寻根”(也终于寻到了“根”);

不能不说,康氏集合论为数学树立起了一个“里程碑”。

因此,既是时代孕育了康托尔,又是康托尔创出了新的时代。

其它的都是前面讲过的了(兹免重复)。



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