相信不少朋友听过一个定理叫“哥德尔不完备定理”,但是稍微查查这个定理相关资料发现讲解得非常抽取,有没有简单易懂的讲述方式呢,当然有,本人就是来给大家用通俗易懂的语言讲解各种深奥理论而写作的。
首先这个定理虽然保护“不完备”三个字,但是你千万别理解说哥德尔这个人,创造出来的定理是不完备的,恰恰相反,定理本身肯定必须完备,只不过定理的内容是说“某某东西不完完备而已”。所以了解这点之后我们就要进一步讲解这个定理。
首先问大家一个问题,什么是自然数?其实稍微有点数学基础的朋友就知道,1、2、3、4等数都是自然数,所以哥德尔的这个定理其实主要是在自然数这个范围内描述。所以一旦你所接触的数学中很多定理不是涉及自然数的,那么自然就不能用哥德尔的这个定理来描述。
所以你已经知道这个定理的作用范围就是“自然数”,了解范围后你需要知道什么叫“不完备”?,其实不完备并不是我们直觉字面意思所理解的,不完备在数学上有专门的定义。当你说某一个数学系统不完备,言下之意就是说这个数学体系里面有一些定理,不能在这个数学体系本身范围内被证明,只能跑到超出这个数学体系的其它体系下才能被证明。
可能这样说有点抽象,举个例子,假设有一个大家族有A、B、C、D、E这5个定理,那么这5个定理共同构成了一个数学体系。那么当我说这个体系不完备,我的意思是说这个体系内的定理中,有部分定理是不能用其它定理来证明的。所以一旦这个体系不完备,那么这5个定理中,可能D这个定理就不能被另外四个定理证明,但是A、B、C、E都能在这个大家族内被证明。所以这样说大家就明白了吧。
你可能已经对这个定理有个模糊的理解了,我们进一步讲解,当一个数学体系(比如自然数体系)内有很多定理,但是这个自然数体系本身是不完备的。也就是说某一些定理在自然数体系内既不能被证明,又不能被证伪。但是数学家却对这个现象很不满意,因为数学本身讲求严谨和逻辑,一个体系不完备对于数学家来说是“如鲠在喉”,但是无论数学家如何努力,自然数体系就是不完备,当然我们也可以让他变得完备,策略就是放弃“自洽性”。
好了这里又出现一个新概念“自洽性”,什么是“自洽性”?自洽就是不矛盾。所以如果你想让自然数系统变得完备,可以的,那你得放弃自洽性,让一些定理之间相互矛盾,这样一来你的体系变完备了,但是自洽性又被破坏了。
所以哥德尔不完备定理,精髓就是自然数系统内“自洽性”和“完备性”不可兼得,只能放弃一个,保全另一个,有点鱼和熊掌不可兼得的意思。
但是事情到了这里还没完,因为我们目前数学上面还有很多猜想未被证明,比如黎曼猜想,哥德巴赫猜想等等,人类奋斗了这么多年,还是没有证明出来。在哥德尔不完备定理出现之前,人类遇到某猜想不能证明,第一反应就是:虽然现在不能证明,不代表以后不能证明,未来某时刻,肯定有某位数学家能够证明。但是当哥德尔不完备定理出现后,这个想法似乎被打破了,这似乎再暗示我们,有一些数学猜想,可能就是因为人们过渡去追求“自洽性”,把“自洽性保全了”,但是“完备性”却破坏了,所以出现了类似于“黎曼猜想”。这似乎再暗示:有一些数学猜想就是既不能被证明,又不能被证伪的,现在是这样,以后也是这样,不会有某位数学家能够改变这一点。
所以小小的数学,其实里面玄机非常多,我们知道很多定理,比如勾股定理,描述三角形用。但是你应该很少见过一个定理本身说:某某其它定理不能被证明。数学也是非常奇妙的一门学科,人类智慧的结晶,一点不为过。