第225章 173陳博士無欲無求
眾所周知,人不能立flag。
一時心血來潮吹出去的牛,用不了多久,就會變成巴掌,重新扇到自己的臉上來。
而在用中文寫成的科學史當中,喜歡把科學家們立flag的這種行為,稱作是「蓋大廈」。
其中最有名的兩次,一次發生在1900年,另一次也是發生在1900年。
第一次的主人公,是剛剛幫過陳慕武,為他提供了一筆研製粒子加速器經費的開爾文勳爵。
說他在1900年的皇家學會新年演講中,對即將到來的新的一百年當中的物理學發展,進行了一番展望,然後就說出來了赫赫有名的那一句:
「物理學的大廈已經落成,就剩下一些敲敲打打的修飾性工作,美麗而晴朗的天空中,只飄著兩朵小烏雲。」
魯迅先生曾經不止一次地說過:「我沒說過這樣的話。」
但這次開爾文勳爵也要說:「我也沒有說過這樣的話。」
事實上開爾文確實在當年提到過烏雲這個概念,但他從沒說過大廈。
演講的地點不是皇家學會,而是皇家研究所,時間也不是新年的第一天,而是四月二十七號。
開爾文在那天發表的演講,名為《覆蓋在熱學和光學的動力學理論上的十九世紀的烏雲》。
他在演講時所說的話,也不像中文表述里那麼雲淡風輕:「動力學理論斷言熱學和光學都是運動的形式,現在這種理論的優美性和清晰性,被兩朵烏雲遮蔽得黯然失色了。」
黯然失色這個詞,體現了這兩朵烏雲的嚴重性,完全不像第一種表述里的那樣雲淡風輕,仿佛兩朵小烏雲無足輕重一般。
陳慕武總感覺中文中使用「大廈」這個詞,是想要來描述一種一種地基並不牢固,搖搖欲墜的危機感。
然後天降兩個猛人,普朗克和愛因斯坦,「扶大廈於將傾」,為物理學的發展打通了量子理論和相對論這兩條新的道路。
至於第二個子虛烏有的大廈,則是在1900年發生在法國首都巴黎的第二屆國際數學家大會上。
也不知道是在開幕式還是閉幕式,大會的召集人,法國數學家亨利·龐加萊,據說曾說了這麼一段話:「……藉助集合論的概念,我們可以建造整個數學大廈……今天,我們可以說數學絕對的嚴格性已經達到了!」
龐加萊說沒說過上面這段,只出現在中文數學史中有關大廈的發言,有些存疑。
只是當時的數學大廈和物理學大廈一樣,同樣搖搖欲墜。
在那之後,數學家們就搞出來了一堆悖論,其中以羅素,也就是把陳慕武招入劍橋使徒社的那位哲學家,提出來的「羅素悖論」最為出名。
在一些科普書籍當中,羅素悖論被簡化成為了理髮師悖論。
在一個城市中,有一個理髮師。
他宣稱他將為城市裡所有不給自己刮臉的人刮臉,同時他也只給這些人刮臉。
某一天,這位理髮師從鏡子裡看見自己的鬍子長了,他下意識就抓起了刮鬍刀,但在動手之前突然想到了自己曾經說過的話。
如果他不給自己刮臉,那麼他就屬於「城市中不給自己刮臉的人」,所以他就要給自己刮臉。
但如果他給自己刮臉,他就又屬於「給自己刮臉的人」,所以他就不應該給自己刮臉。
除了理髮師悖論,羅素悖論還有另外一種通俗易懂的科普形式。
一個圖書館編寫了一本書名詞典,這本詞典里包含圖書館裡所有不列出自己名字的書。
那無論這本詞典是否把自己名字列進去都不合適,其中的原理和上面的理髮師悖論差不多。
羅素悖論的提出,狠狠地打那幫說「一切數學成果可建立在集合論基礎上」的數學家的臉。
一個德國的邏輯學家戈特洛布·弗雷格,寫了一本關於集合的基礎理論的書籍。
在這本書馬上就要交到印刷廠的時候,弗雷格收到了羅素關於羅素悖論的一封信。
他立刻發現自己這一本書被羅素悖論攪得一團糟,只能在書的末尾添了一句:「一個科學家所碰到的最倒霉的事,莫過於是在他的工作即將完成時,卻發現所乾的工作的基礎崩潰了。」
羅素悖論發表之後,又有一系列悖論接踵而至:理察悖論、培里悖論、格瑞林和納爾遜悖論……
這些悖論被稱為語義悖論,動搖了數學大廈的基礎,引發了第三次數學危機。
前兩次數學危機,第一次發生於古希臘時期。
畢達哥拉斯的學生希帕索斯發現邊長為一的正方形對角線的長度,既不是整數,又不是兩個整數的比。
當時的古希臘數學家不知道根號二,更不知道世界上還有無理數這種東西存在。
解決不了這個問題的他們,最終選擇解決提出問題的人:
他們把希帕索斯扔到愛琴海里餵了鯊魚。
第二次數學危機,萌芽於古希臘的芝諾悖論,阿基里斯能不能追得上烏龜,運動的箭矢到底是動還是不動?
古希臘人第一次接觸到了無窮小帶來的問題,而這次數學危機真正爆發,則是到了牛頓和萊布尼茨的年代。
他們兩個人發明了用起來很方便的微積分,只是有一個問題,微積分中的無窮小量,到底是不是零?
無窮小量可能會出現在分母上,所以它就不應該為零。
可如果把無窮小量看成是零,去掉那些包含它的項,得到的公式能在力學和幾何學當中的證明是正確的。
當時有人批評微積分是「惡魔的把戲」,是「用雙重的錯誤,偶然得到了科學但不正確的結果」。
這次危機直到十九世紀,以柯西為首的數學家們,完善了極限的具體概念之後,才最終得以解決。
至於這些由悖論引發的第三次數學危機,反倒是解決得最快的一次。
德國數學家恩斯特·策梅洛和亞伯拉罕·弗蘭克爾·分別在1908年和1922年提出來了兩套理論,這兩套理論加在一起,就成為了Z(ermelo,策梅洛)-F(raenkel,弗蘭克爾)公理體系。
這個公理體系將集合的構造公理化,來排除了像羅素悖論中這樣的集合的存在性,算是解決了這場數學危機。
也就是在同一年,希爾伯特想到為已經爆發了三次的數學危機,找到一種普適的解決方案。
他提出了一個名為希爾伯特計劃的想法,提出將所有現有理論都建立在一組有限的完備的公理上,並給出這些公理是一致的證明。
希爾伯特希望數學是完整的,也是可判定的,希望數學建立在嚴謹的邏輯之上,是世界上最無懈可擊的真理。
希爾伯特計劃中有這樣一條,也就是所謂的完備性,人們可以從公理出發,推導出所有的定理來。
如果推導不出來,那不是上面這條完備性出了問題,而是個人能力出了問題。
公理是人們在長期實踐中總結出來的基本數學知識,並作為判定其它命題真假的根據,不能被證明也不需要被證明。
而定理,則是從公理出發,用推理方法得到的真命題。
希爾伯特是當今世界上最偉大的數學家,他的話一言九鼎,很有號召力。
從他提出這個計劃開始,數學家們就一直堅信這個計劃是正確的,也都一直在試圖證明它是正確的。
只是很多年過去,數學家們誰也沒能得到這個證明。
在原時空直到1931年,才被哥德爾證明了另外一點,在一個公理系統中,總有至少一個命題是不能證明是真是假的,想要證明或者證偽這些命題,就必須要使用到系統之外的新公理。
這是哥德爾不完備性第一定理,這個定理的出現,也就算是徹底否定了希爾伯特計劃,粉碎了希爾伯特和所有數學家們的夢想。
希爾伯特的本意是徹底解決數學危機,沒想到卻差點推倒了數學大廈的地基。
此哥德爾,正是那個求解愛因斯坦引力場方程,解出來了支持時空旅行哥德爾宇宙的那一位。
陳慕武因為哥德爾宇宙了解了這個人,也就自然知道了他提出來的兩個不完備性定理。
聽到玻爾話里提出來的不完備,他就聯想到了這個定理,也聯想到了希爾伯特這位數學家。
陳慕武對希爾伯特沒有多大的偏見,只是他很清楚地記得希爾伯特曾經說過一句話,「物理對於物理學家們來說,實在是太難了」。
他的本意是說,現代的物理學雖然高度依賴高等數學,可是卻一直都使用的不太嚴謹。
但是這句話從一個數學家嘴裡面說出來,讓一個學物理的人聽到還是很不爽。
反正現在粒子加速器也在按部就班地製造當中,陳慕武除了監工之外,也沒有什麼別的事情要做。
那麼既然已經想到了這一點,不如就把這個不完備性定理給搞出來好了,也算是給希爾伯特大人一點小小的來自物理學家的震撼。
「痛斥」完德國人之後,陳慕武再次陷入到了漫長的走神當中。
盧瑟福早就習慣了自己愛徒時不時就來這麼一次靈魂出竅,乾脆拉著他的另一位愛徒玻爾,探討並傳授起了實驗室和研究所的管理心得。
過了很久之後,陳慕武才算是從入定當中醒了過來,張了張嘴又眨了眨眼睛。
「你總算是活過來了,剛才又想到什麼好點子了嗎?」
知徒莫若師,盧瑟福笑著問道。
陳慕武不好意思地摸了摸頭:「剛剛確實懵懵懂懂地有了一些不成熟的想法。」
「哪個方面的,粒子……實驗嗎?」
玻爾緊隨其盧瑟福後:「還是量子力學?」
「呃,都不是,就是剛剛在玻爾教授提醒之後,我好像突然對數學產生了些想法。」
他撓頭的頻率又加快了。
雖然盧瑟福已經習慣了陳慕武隨時變換千奇百怪的研究方向,但他還是想不到,好學生會去研究數學。
他下意識就往放在辦公桌上的菸斗伸手,然後又想起來,陳慕武不喜歡這個菸草的味道。
玻爾臉上更是出現了一些失望的表情。
「不過,玻爾教授,在量子力學上我也有新幾個想法,在最近可能會寫一兩篇論文,到時候還要請您多多指教。」
「好說,好說,我也談不上指教,就當是彼此之間的相互探討。」
辦公室里又開始充滿了快活的空氣。
當天的閒聊結束之後,賓主盡歡。
盧瑟福算是默許了陳慕武此行的目的,不往卡文迪許實驗室里招收本學生。
玻爾也從陳慕武這裡得到了還算滿意的一個結果,他既然要研究理論知識,還說要和自己請教,那就免不了書信電報往來。
說不定一來二去,兩個人之間的關係就愈發親近,這樣就能徐徐圖之,一定要把他挖到,哦不,請到哥本哈根去。
玻爾在劍橋大學又待了幾日,然後北上曼徹斯特,繼續走親訪友,探望故舊,最後依然是從諾維奇登船,返回丹麥的哥本哈根。
陳慕武則是從他維持了一年多的悠閒狀態當中走了出來,再次開啟了肝論文的模式。
隔行如隔山,雖然知道不完備性定律,還曾經了解過哥德爾是怎麼證明的,可是想要把那篇論文給復刻出來,也不是一件容易的事情。
好在陳慕武除了自己本人有外掛,他在劍橋大學還有著人形外掛。
劍橋使徒社裡有不少都是數學家兼邏輯學家,他們都是羅素的學生,甚至是羅素本尊。
不完備性定理和羅素悖論之間有著本質聯繫,兩者都涉及到了否定自指和對角線方法。
有這種現成的大腿不抱,反而去自己研究的話才是傻子,於是趁著每個星期六晚上,使徒社聚會的機會。
別的公子哥們,都在端著酒杯談天說地,陳慕武一邊吃著餐桌上準備的名貴食材打牙祭,一邊放低姿態向其他人請教有關數學和邏輯上的問題。
他還找機會專門去羅素的辦公室里請教了幾次,就為了能把這篇不完備性定理的論文給寫好,得到數學界的認可。
劍橋大學坊間傳聞,三一學院的陳博士在拿完諾貝爾物理學獎之後,在物理學上變得無欲無求。
他近期和羅素走的很近,可能要往哲學方向發展了。
(本章完)