今日必看|说无限道无限,—半是神经一半是神的康托,开启数学危机的魔盒
倘若有人说:“我的一根头发丝上的点和宇宙空间的点一样多 。 ”你可能以为他在说胡话 。 实在 , 只要摆脱“有限”概念的束缚 , 就会相信他的话是对的 。
虽说人类早在两千年前就有了“无穷”的熟悉 , 但真正接触无穷本质的人并不多 。 可能是意大利科学家伽利略最早触及到实质的 。 他把全体自然数与它们的平方一—对应起来:
1 , 2 , 3 , 4 , 5 , …
1^2 , 2^2 , 3^2 , 4^2 , 5^2 , …
他发现 , 两串数一样多 , 将第二串数稍加计算会发现 , 它们都是第一串数中的数 , 而第一串数中有的数 , 第二串数中并没有 , 如2 , 3 , 5 。 可见第二串数是第一串数的一部分 。 部门怎么能即是整体呢?伽利略感到疑惑了 , 他至死也没弄清楚 。
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17世纪的数学终于迎来了新生 。 牛顿和莱布尼茨独自发明了微积分 , 却引发了数学的第二次危机 。 微积分计算的严格性经常被人诟病 , 迫切地需要数学理论的澄清 。 到了19世纪 , 因为分析的严格化和函数论的发展 , 数学家们对无理数理论、不连续函数理论的研究更是需要理解无限集合的性质 。 了解“无限”并深入“无限”成了迫在眉睫的需求 。
时代呼叫着天才 。 真正从本质上熟悉“无穷”的 ,是年青的德国数学家 , 29岁的柏林大学教授乔治康托尔(G 。 Cantor , 1845年3月3日—1918年1月6日) 。 他的精彩工作 , 起于公元1874年 。
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康托尔的研究是从计数开始的 。 他发现人们在计数时 , 实际上应用了一 一对应的概念 。 好比教室有50个座位 , 老师走进教室 , 一看坐满了人 , 不需点数 , 便可知道听课人数是50 。 倘若空了几个座位 , 立即会知道 , 听课学生少于50 , 这是因为“部门小于整体”的缘故 。 然而 , 这是有限情况下的规律 , 对于无穷情况 , 就像前面伽利略例子一样 , 部门可能即是整体!这 , 恰是无穷的本质!
经由深刻的思索 , 康托尔教授得出了一个重要结论:假如一个量即是它的一部分量 , 那么这个量必是无限量;反之 , 无限量必然可以即是它的某一部分量 。 接着 , 康托尔教授又引进了无穷集基数的概念 。 他把两个元素间能建立起一—对应的集合 , 称为有相同的基数 。 例如 , 自然数集与自然数平方的数集有相同的基数 。 自然数集与有理数集也有相同的基数(康托尔有证实 , 略去) 。
因为自然数集的元素是可以从1开始 , 逐个点数的 , 所以凡是与自然数集基数相同的集合 , 都具备可数的特性 。 可见 , 可数集基数 , 是继有限数之后 , 紧挨的一个超限数 。
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