二分悖论
画手——埃舍尔兔子和乌龟又碰面了。
自上次龟兔赛跑兔子落败之后,兔子已经一年多不愿意见这只贱贱的乌龟了。在这一年多里,兔子为了治疗自己这块心病,求访了无数心理咨询师,没有一个人能给出有效的治疗方案。好在心理咨询师做不到的,心灵鸡汤做到了:“从哪里跌倒就在哪里爬起来。”兔子决定再与乌龟比一场。上次,乌龟骗他喝了掺了安眠药的矿泉水,这次,他自己带了水去。
“不用跑了,你是永远跑不到终点的。”乌龟得知了兔子来找他的意图,告诉他。
兔子不服气:“为什么?我看你是不敢跟我跑吧!”
“假如你要从起点跑到终点,你得先跑到中间二分之一的地方吧”,乌龟摇了摇头,“你跑完了这二分之一,还得跑到中点和终点的二分之一处去,你到了下个点,还得继续到剩下路程的二分之一处去。你看,你永远只能到达中点,到不了终点的。”
巴赫的音乐也可以表现这个怪圈:
Musikaliches Opfer(《音乐的奉献》)是巴赫的一部经典名作,其中最神奇的一首卡农(Canon circularis per tonos)连续变调、上升整整六次后,又恢复C小调,在高八度位置恰如其分地终止,暗示它的无穷性质——然后巴赫在乐谱的边空上写下“转调升高,国王的荣耀也升高”。
回到数学上:
哥德尔在《数学原理》中根据这个悖论,提出了著名的哥德尔不完全性定理。
任意一个包含一阶谓词逻辑与初等数论的形式系统,都存在一个命题,它在这个系统中既不能被证明为真,也不能被证明为否。
这个定理的原文翻译很晦涩难懂,大概意思就是《数学原理》中的那些理论无法证明自己本身。
哥德尔不完全性定理对人类社会产生了深远的影响,以至于美国《时代》杂志评选出的20世纪100个最伟大的人物,在数学家中,排在第一的就是哥德尔。
在《哥德尔、埃舍尔、巴赫——集异璧之大成》中,作者侯士达从巴赫的音乐、埃舍尔的画作到人工智能,介绍了不完全性定理在各个领域的影响。
如果你有兴趣读原著,我建议你读电子版的,因为商务出版社把这本书印成了一部字典。
如果你没有时间,我会尽我所能,通过我非常肤浅的解读,能让你能对这本书中伟大的理论有一次管中窥豹的机会。