法国第戎中学教师理查德在1905年发表了一个悖论,大意如下:法语中某些片语表示实数,比如“一个圆的圆周与直径之比”就表示实数π。法语字母也象英语字母一样有一定的顺序,所以我们可以把所有片语按照字母顺序排列,然后按照片语中字母的多少排列,少的在前,多的在后。这样我们把能用片语表达的实数排成一个序列,al,a2,a:,……。于是就得到了所有能用有限多字(字母)定义的数了。它们构成了一个可数集合E。我们提出一个规则把这个序列改变一下造成一个数来:“设E中第n个数的第n位为p,我们造一个实数如下:其整数部分为0。如果p不是8或9其第n位小数为p+1;要是p是8或9的话,则第n位变成1。”这个实数显然不属于E,因为它和E中每个数都不一样。但是它们却可以由上面有限多个字组成的话来表示,因此应该属于E,这就出现矛盾。
内容
1905年法国数学家儒略·理查德首次描写了这个悖论。今天它被用来显示仔细区分数学与
元数学的重要性。
如果选一种语言(如英语)来阐述和定义基数的纯算术性质。我们先默认有些词汇是作为像“公理”一样的存在,作为数学语言定义的起点和基石,从而避免绕圈子和无限递归,这些词汇本身我们先不讨论,对之后悖论的展现也无关紧要。例如:假定我们清楚以下语句含义“一个数可以被另一个整除”,“一个整数是两个整数的乘积”等。可以看出,每一个这样的定义都只含有有限的字母(英文中)。因此所有定义可以按照顺序排列:如果一个定义所用的英文字母数小于另一定义的字母数目,则将前一个定义排在后一个定义前面;如果两个定义字母数相同,那么就将二者按照字母表的先后顺序排出。按照此方法排列后,每一定义都有一个唯一的整数与之对应,这个整数代表了这个定义在定义序列中的位置,说穿了就是为每一个数学定义,按照定义的语句中字母个数和字母先后顺序进行编号和排序,这种排序从以整数1开始依次递增,所有序列号都是整数。
理查德之后又设置了一套规则,判断一个整数是否是理查德数。详情如下:既然每一个定义都有唯一一个整数序号与之对应,假如这个序号正好具有序号代表定义的性质,我们则说这个序号数字不具有理查德性质,不是理查德数。例如:有定义语句“不能被1和其自身以外的其他整数整除”,假如此定义语句对应的序号为17,显然17这个数字满足定义语句的性质,17就不是理查德数。反之一个序号数字不具有它所代表定义的性质,那么我们说这个的数字具有理查德性质,它就是理查德数。例如:假定,定义语句“某一个整数与这个整数自身的乘积”对应序列号为15,但15不会是一个整数平方,所以15就不具备定义语句的性质,那么就可以说15是理查德数。
悖论的出现:具有理查德性质的定义表达语句也是可以用文字描述的,这个表达语句也是由字母组成,可以由一个序号来代表,同时这个表达句也可以排列在所有定义语句序列中,且存在唯一一个整数数字序号,代表其固定的排列位置。假如设这个序号数是X,X代表的定义语句是:一个数具有理查德性质的文字表述,那么X是不是理查德数呢?如果X这个数是理查德数,那么就是说X不具备与X对应的定义表达句所阐述的性质时。就是说X是理查得数的话,当且仅当X不是理查德数。该命令既真又假。(思路与罗素悖论相似)此为理查德悖论。
解决
理查兹悖论并不是真正的悖论。在悖论排列定义时一个关键的、但是没有提到的假设被忽略了。
我们说到列举整数得着算术特征,也就是说设计加法、乘法等的特征。但是后来我们却在这些加进去了一个关于算术特征编号的特征。一个数字是否理查兹性不是我们本来打算列举的特征之一,因为这个定义是关于一个描述的字数等等的元数学写法。
因此要解决这个悖论我们需要区分数学(比如算术)和元数学(比如一个定义的写法)。
“把所有片语按照字母顺序排列”,是不可能组成有限集合的。编辑此集合时,也就是完成此集合前,法语:“集合E”无意义。因此不存在包含“集合E ”的代表实数的片语。
而在此集合出现后,集合E,出现意义,则原有集合已不符合编制集合的要求。必须编制新的集合。新集合包含全部含有“原有集合E” “集合E”的片语。
但在新集合完成后,原本无意义的词“第一次修改过的集合E”,出现实际意义,则必须对集合进行第二次修改。
如此循环,满足于 “把所有片语按照字母顺序排列”的集合,必须为无限集合
且集合中包含含有如下词条的全部片语:
“集合E”
“原有集合E”
“第一次修改后的新集合E”
“第二次修改后的新集合E”
……
“第N次修改后的新集合E”
包含这些词条的全部片语,必定包含悖论中所造的实数。集合包含此实数。关键是这个集合不可能是可数集合