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古今中外有不少著名的悖论,它们震撼了逻辑和数学的基础,激发了人们求知和精密的思考,吸引了古往今来许多思想家和爱好者的注意力。解决悖论难题需要创造性的思考,悖论的解决又往往可以给人带来全新的观念。 本文将根据悖论形成的原因,粗略地把它归纳为六种类型,分上、中、下三个部份。这是第一部份:由概念自指引发的悖论和引进无限带来的悖论 (一)由自指引发的悖论 以下诸例都存在着一个概念自指或自相关的问题:如果从肯定命题入手,就会得到它的否定命题;如果从否定命题入手,就会得到它的肯定命题。
1-1 谎言者悖论
公元前六世纪,哲学家克利特人艾皮米尼地斯(Epimenides):“所有克利特人都说谎,他们中间的一个诗人这么说。”这就是这个著名悖论的来源。 《圣经》里曾经提到:“有克利特人中的一个本地中先知说:‘克利特人常说谎话,乃是恶兽,又馋又懒’”(《提多书》第一章)。可见这个悖论很出名,但是保罗对于它的逻辑解答并没有兴趣。 人们会问:艾皮米尼地斯有没有说谎?这个悖论最简单的形式是:
1-2 “我在说谎”
如果他在说谎,那么“我在说谎”就是一个谎,因此他说的是实话;但是如果这是实话,他又在说谎。矛盾不可避免。它的一个翻版:
1-3 “这句话是错的”
这类悖论的一个标准形式是:如果事件A发生,则推导出非A,非A发生则推导出A,这是一个自相矛盾的无限逻辑循环。拓扑学中的单面体是一个形像的表达。 哲学家罗素曾经认真地思考过这个悖论,并试图找到解决的办法。他在《我的哲学的发展》第七章《数学原理》里说道:“自亚里士多德以来,无论哪一个学派的逻辑学家,从他们所公认的前提中似乎都可以推出一些矛盾来。这表明有些东西是有毛病的,但是指不出纠正的方法是什么。在1903年的春季,其中一种矛盾的发现把我正在享受的那种逻辑蜜月打断了。” 他说:谎言者悖论最简单地勾画出了他发现的那个矛盾:“那个说谎的人说:‘不论我说什么都是假的’。事实上,这就是他所说的一句话,但是这句话是指他所说的话的总体。只是把这句话包括在那个总体之中的时候才产生一个悖论。” (同上) 罗素试图用命题分层的办法来解决:“第一级命题我们可以说就是不涉及命题总体的那些命题;第二级命题就是涉及第一级命题的总体的那些命题;其余仿此,以至无穷。”但是这一方法并没有取得成效。“1903年和1904年这一整个时期,我差不多完全是致力于这一件事,但是毫不成功。”(同上) 《数学原理》尝试整个纯粹的数学是在纯逻辑的前提下推导出来的,并且使用逻辑术语说明概念,回避自然语言的歧意。但是他在书的序言里称这是:“发表一本包含那么许多未曾解决的争论的书。”可见,从数学基础的逻辑上彻底地解决这个悖论并不容易。 接下来他指出,在一切逻辑的悖论里都有一种“反身的自指”,就是说,“它包含讲那个总体的某种东西,而这种东西又是总体中的一份子。”这一观点比较容易理解,如果这个悖论是克利特以为的什么人说的,悖论就会自动消除。但是在集合论里,问题并不这么简单。
1-4 理发师悖论
在萨维尔村,理发师挂出一块招牌:“我只给村里所有那些不给自己理发的人理发。”有人问他:“你给不给自己理发?”理发师顿时无言以对。 这是一个矛盾推理:如果理发师不给自己理发,他就属于招牌上的那一类人。有言在先,他应该给自己理发。 反之,如果这个理发师给他自己理发,根据招牌所言,他只给村中不给自己理发的人理发,他不能给自己理发。 因此,无论这个理发师怎么回答,都不能排除内在的矛盾。这个悖论是罗素在一九○二年提出来的,所以又叫“罗素悖论”。这是集合论悖论的通俗的、有故事情节的表述。显然,这里也存在着一个不可排除的“自指”问题。
2011年03月26日 19点03分
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2-2 二分法悖论
这也是芝诺提出的一个悖论:当一个物体行进一段距离到达D,它必须首先到达距离D的二分之一,然后是四分之一、八分之一、十六分之一、以至可以无穷地划分下去。因此,这个物体永远也到达不了D。 这些结论在实践中不存在,但是在逻辑上无可挑剔。 芝诺甚至认为:“不可能有从一地到另一地的运动,因为如果有这样的运动,就会有‘完善的无限’,而这是不可能的。”如果阿基里斯事实上在T时追上了乌龟,那么,“这是一种不合逻辑的现象,因而决不是真理,而仅仅是一种欺骗”。这就是说感官是不可靠的,没有逻辑可靠。 他认为:“穷尽无限是绝对不可能的”。根据这个运动理论,芝诺还提出了一个类似的运动佯谬:
2-3 “飞矢不动”
在芝诺看来,由于飞箭在其飞行的每个瞬间都有一个瞬时的位置,它在这个位置上和不动没有什么区别。那么,无限个静止位置的总和就等于运动了吗?或者无限重复的静止就是运动?中国古代也有类似的说法,如:
2-4 “飞鸟之景,未尝动也”
这是中国名家惠施的命题,与“飞矢不动”同工异曲。这就是不可抗拒的推理和不可回避的实事相冲突。 德国哲学家尼采在《希腊悲剧时代的哲学》里有一章《可疑的悖论》,称芝诺的悖论为“否定感官的悖论”。尽管阿基里斯在赛跑中追上起步领先的乌龟完全合乎事实,但为什么“不合逻辑”?因为芝诺运用了“无限”这个概念,这是一种逻辑上的假设,而现实世界里是不可能有无限者存在的,这就出现了假设与现实的矛盾。 尼采说道:在这两个悖论里,“无限”被利用来作为化解现实的硝酸。如果无限是决不可能成为完善的,静止决不可能变为运动,那么,真相是箭完全没有飞动,它完全没有移位,没有脱离静止状态,时间并没有流逝。 换句话讲,在这个所谓的、终究只是冒牌的现实中,既没有时间、空间,也没有运动。最后,连箭本身也是一个虚象,因为它来自多样性,来自由感官唤起的非一的幻象。下面是尼采的分析: 假定箭拥有一种存在,那么,它就是不动的、非时间的、非造而有的、固定的、永恒的。这是一个荒谬的观念! 假定运动是真正的实在,那么,就不存在静止。因而,箭没有位置、没有空间。又是一个荒谬的观点! 假定时间是实在的,那么,它就不可能被无限地分割。箭飞行所需要的时间必定由一个有限数目的瞬间组成,其中每个瞬间都必定是一个原子。仍然是一个荒谬的观念! 尼采得出这样的结论:我们的一切观念,只要其经验所与的、汲自这个直观世界的内容被当作“永恒真理”,就会陷入矛盾。如果有绝对运动,就不会有空间;如果有绝对空间,就不会有运动;如果有绝对存在,就不会有多样性;如果有绝对的多样性,就不会有统一性。 事实上,这两个悖论中提到的这个“动与不动”的对立统一,今天都已经得到了完美的解决,这就是极限理论的诞生。牛顿在运动学研究时,初创微积分,但由于没有巩固的理论基础,出现了历史上的“第二次数学危机”。十九世纪初,法国科学家以柯西为首建立了极限理论,后来又经过德国数学家维尔斯特拉斯进一步的严格化,使极限理论成为微积分的坚定基础,运动问题也得到了合理的解释。 可以想见,在微积分和极限理论发明或被接受以前,人们很难解释这一运动佯谬。感官不同于思维,当希腊人用概念来判决现实的时候,如果逻辑与现实发生矛盾,芝诺指责感官为“欺骗”。当思维找不到合理解释的时候,直观的形式、象征或比喻都无济于事。尼采的分析虽然详细、精辟,但他无法把它们综合起来。
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5-2“亚里斯多德是类概念”
这是严格按照三段论推导出来的结果。请看: (1)亚里斯多德是哲学家, (2)哲学家是类概念, (3)所以,亚里斯多德是类概念。 亚里斯多德(Aristotle,公元前384-前322)是希腊大哲学家和天文学家,曾就学于柏拉图,继承苏格拉底以来的希腊哲学而自成体系,在西 方的影响最大。他系统总结了三段论法原理,奠定了逻辑思维的基础。 上面这个结论恐怕连亚里斯多德本人也不会认同。因为其中蕴含了一个“语义悖论”。因为语句(1)中的哲学家和语句(2)中的“哲学家”不在一个层次上,前者是对象概念,后者是元概念。两个前提内涵不一致,结论就荒谬了。从根本上来讲这不是一个语言或语法问题,而是一种逻辑错误。自塔尔斯基在30年代提出“语言层次论”来,就一直受到人们的关注。
5-3自相矛盾
这个例子正相反,是一个因为前提不相容而推不出结论的经典例子: 《韩非子·势难》介绍了这个预言:有一个同时卖矛和盾的人。他先夸他的盾最坚固,无论什么东西都戳不破;接着又夸他的矛最锐利,无论什么东西都能刺透。旁人问他:如果用他的矛来刺他的盾会有什么结果,他回答不上来,因为两者相互抵触。这是一个既不可以同时为真,也不可以同时为假的命题。前提出现矛盾,也就无法推出结论。
5-4纸牌悖论
纸牌悖论就是纸牌的一面写着:“纸牌反面的句子是对的。”而另一面却写着:“纸牌反面的句子是错的。”这是由英国数学家Jourdain提出来的。 我们同样推不出结果来。它最简单的形式是:
5-5“悖论元”
下面这句话是对的, 上面这句话是错的。 这也是一个有名的悖论,叫乔丹真值(Jourdain Truth-Value)悖论。以上这三个例子基本属于一个类型。
5-6“先有鸡,还是先有蛋?”
这个互为因果的循环推理本身无法自我解脱,需要实际的考证,如考古学和生物学的研究成果等,才能打破这一循环。 它里面也隐含着一个不相容的前提假设:“鸡是由蛋孵化出来的,蛋又是由鸡生出来的。”单独来看都符合日常观察,但合在一起却是一对不自洽的假设。
5-7 “上帝和石头”
“如果说上帝是万能的,他能否创造一块他举不起来的大石头?” 这是一个流传很广的悖论。如果说能,上帝遇到一块“他举不起来的大石头”,说明他不是万能;如果说不能,同样说明他不是万能。这是用结论来责难前提。 这个“全能者悖论”的另一种表达方法是:“全能的创造者可以创造出比他更了不起的事物吗?”
5-8“你会杀掉我”
这个故事有几个版本。大意是说:一夥强盗抓住了一个商人,强盗头目对商人说:“你说我会不会杀掉你,如果说对了,我就把你放了;如果说错了,我就杀掉 你。”商人一想,说:“你会杀掉我。”于是强盗把他放了。 推理一下:如果强盗把商人杀了,他的话无疑是对的,应该放人;如果放人,商人的话就是错的,应该杀掉,又回到前面的推理,这是一个悖论。聪明的商人找到的答案使强盗的前提互不相容。
5-9“你会吃掉我的孩子”
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这个例子与上面的例子逻辑同构。 一条鳄鱼抢走了一个小孩,它对孩子的母亲说:“我会不会吃掉你的小孩?答对了,孩子还给你;答错了,我就吃了他。”我们已经知道了母亲的答案:“你会吃掉我的孩子。”
5-10两小儿辩日
这是《列子》里的一则预言:孔子遇到两个小孩在争论,一个说:“日出时,太阳距离我们近,中午距离我们远。因为日出时太阳大得像车轮,中午小得像盘子。这不正是近大远小吗?”另一个却说:“日出时,太阳距离我们远,中午距离我们近。因为日出时我们不觉得热,中午却非常热。这不是近热远凉吗?”孔子不能答。 这是今天的一个科学常识问题,但两千多年前的人并不知道。从逻辑上看,这里有“近大远小”、“近热远凉”两个测度的标准。在回答问题以前,应该搞清楚 哪个标准更准确,或者都不准确。
5-11爱瓦梯尔应不应该付学费?
传说古希腊人爱瓦梯尔(Eulathlus)向普洛太哥拉斯学习辩术(另有一说是学习法律)。他们的约定是:爱瓦梯尔先付一半学费,另一半学费等学成 后在第一场辩护胜诉时再付,如果败诉,则学费不必再交。 但是爱瓦梯尔毕业以后,没有担任辩护工作,不打算交另一半学费。 普洛太哥拉斯准备告他,说:“如果我胜诉了,法官会判你付我学费;如果我败诉,根据约定你还是要付我学费。总之要付。”。爱瓦梯尔则说:“如果我胜诉,法官也会判我不付学费;如果我败诉,按照约定我也不必付另一半的学费。总之不付。”(见王九逵《逻辑与数学思维》) 这个问题反过来看,逻辑上也同样成立。如果爱瓦梯尔先说:“如果你告我,我就可以不付学费了。”普洛太哥拉斯也可以用同样的方式来反驳。如此争论下去不可能有结果。 这里的问题就是他们双方都默认“约定”和“判决”可以同时而且等效地来解 决他们的纠纷,这是他们共同的前提。从逻辑上化解它们的办法就是选择其中的一 个进行最终裁决。
5-12梵学者的“预言”
和上面的例子完全类似,这是一个梵学者(印度的预言家)的女儿用悖论来为难她的父亲的故事。 女儿在纸上写了一行字压在水晶球的下面。然后对父亲说:纸上写的可能发生,也可能不发生。如果你预言会发生就写“是”,反之就写“不”。 梵学者写下他的预言“是”,女儿拿出水晶球下面的纸,念到:“你将写一个‘不’字。”学者错了。实际上,他写个“不”字,也会错,因为预言已经发生了。 女儿的“不”有两重含义,它一方面与字面上的“是”相反,另一方面与实际上的“不”相反,双重标准。由于没有事先界定,梵学者也可以反过来和他的女儿作无限的争论。 (六)由权变遭遇的悖论
6-1阿雷斯(Allais)悖论
下面两个式代表你将获得的收入,X是一个不定的量,你将选择哪一个,S1还是S2? (1)S1=0·9X+$100,000 (2)S2=0·89X+$250,000 显然,最好的选择取决于X是多少。 当X=$15,000,000,S1=S2=$13,600,000 当X〉$15,000,000,S1〉S2 当X〈$15,000,000,S1〈S2 这个悖论对决策理论有较大影响。
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6-2纽卡(Newcombs)悖论
这也是决策理论中的一个。有两个盒子A和B放在桌子上: A是透明的,可以看见里面有$1,000, B是不透明的,上面写着或者是$1,000,000,或者是0。 你可以在下面的两种选择中,只能取一个(1)或(2): (1)只选择B (2)A和B两个都选 你会作出什么选择? 有一个教授曾经作过一个实验:他让1000个学生选,其中999个学生选择了(1),只有1个学生选择了(2)。而这999个学生一人只获得$1,000,而那1个学生却获得了$1,000,000。为什么呢?因为这个教授事先已经作了预测,并作出这样的安排: 如果选(2)B盒子里就不放任何一分钱, 如果选择(1)B盒子里就放$1,000,000。 而这个教授的预测只有千分之一的失误。如果你已经知道了这个结果,重新再选,会选哪一项。注意,这一回,教授可能又作出了新的预测。
6-3谷“堆”的定义
如果1粒谷子落地不能形成谷堆,2粒谷子落地不能形成谷堆,3粒谷子落地也不能形成谷堆,依此类推,无论多少粒谷子落地都不能形成谷堆。 从真实的前提出发,用可以接受的推理,但结论则是明显错误的。它说明定义“堆”缺少明确的边界。它不同于三段论式的多前提推理,在一个前提的连续积累 中形成悖论。从没有堆到有堆中间没有一个明确的界限,解决它的办法就是引进一个模糊的“类”。 这是连锁(Sorites)悖论中的一个例子,归功于古希腊人Eubulides,后来的怀疑论者不承认它是知识。“soros”在希腊语里就是“堆”的意思。最初是一个游戏:你可以把1粒谷子说成是堆吗?不能;你可以把2粒谷子说成是堆吗?不能;你可以把3粒谷子说成是堆吗?不能。但是你迟早会承认一个谷堆的存在,你从哪里区分他们? 它的逻辑结构: 1粒谷子不是堆, 如果1粒谷子不是堆,那么,2粒谷子也不是堆; 如果2粒谷子不是堆,那么,3粒谷子也不是堆; …… 如果99999粒谷子不是堆,那么,100000粒谷子也不是堆; 因此,100000粒谷子不是堆。 按照这个结构,无堆与有堆、贫与富、小与大、少与多都曾是古希腊人争论的 话题(见《不列颠百科全书》)。
6-4秃头的定义
这也是连锁悖论中的一例,和上面的游戏完全一样。最早叫Falakros谜: 你可以把只有1根头发的叫秃头吗?能;你可以把只有2根头发的叫秃头吗?能;你可以把只有3根头发的叫秃头吗?也能。但是你不会把有一万根头发的人叫秃头。你从哪里区分他们?
6-4“一整袋谷子落地没有响声”
在古希腊,还流传着这样一个故事:如果1粒谷子落地没有响声,2粒谷子、3粒谷子落地也没有响声,类推下去,1整袋谷子落地也不会有响声。 响声是由振动引起的,1粒谷子落地可能引起的振动太小,人耳听不到,但是用仪器却可以测得出来。而一袋谷子落地引起的振动大,人耳自然就可以听得到了。 应该注意,古希腊辩论家的用意不在于此,他们并不是真的要探讨事实,而是试图找到逻辑演绎与事实的差别。如果承认谷子落地从没有响声到有响声是一个系列,那么其间也会有一个变化的模糊区域。
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