选择公理一直是一个争议点,我发现很多教科书的证明都默认选择公理成立,这是否有问题?
选择公理一直是一个争议点,我发现很多教科书的证明都默认选择公理成立,这是否有问题?
- shakeship的回答 -
知乎 https://www.zhihu.com/question/512869622/answer/3103213790
少女是数学神教中的一名教徒。她正在学习拓扑学,时常被其中种种美妙的结论所折服。比如说,赋范空间是有限维的当且仅当单位球紧。维度可以被单位球的拓扑性质所描述,多么神奇。
一天,在她看到Tychonoff定理(任意多个紧致空间的乘积是紧致空间)时,突然之间,一阵兴奋和不安传遍她的全身。但她并没有马上弄清楚为什么。
任意多个紧致空间的乘积是紧致空间……任意多个……她的思路仿佛被打开了,向着数学最根基的东西开凿而去。
[-1,1] 在R中是紧的,那么无限多个这样的紧致区间相乘,就得到了紧致的单位方体。可是……无穷维的赋范空间单位球是非紧的!单位球包含在单位方里,而紧致集的子集一定也是紧致的。问题出在哪里呢?
她反复思考着这个paradox,最后,她把怀疑的目光投向了Tychonoff定理。对,关键就在这里,任意多个,而不是有限多个。这个定理就等价于选择公理。少女现在觉得,选择公理有可能是错误的。
选择公理是数学神教教义的基石,是一切的前提。它说的是,设C为一个由非空集合所组成的集合。那么,我们可以从每一个在C中的集合中,都选择一个元素和其所在的集合配成有序对来组成一个新的集合。简单地说,选择公理是在说,给定任意多个盒子,每个盒子中都含有至少一个小球,那么可以作出这样一种选择,使得可从每个盒子中恰好选出一个小球。
少女带着满腹的疑问,找到了数学神教的大主教。他的学识是最高深的,或许只有他能够解答这个问题。少女把上面所述的“无限维赋范空间单位球非紧”“任意多紧致空间乘积为紧致空间”“紧致集的子集是紧致的”这三条之间的必然矛盾讲给了他。
主教在胸口画了个十字,闭眼默默念诵道:“我们在天上的选择公理,我们尊它的名为圣,愿它的国降临,它的旨意行在地上,如在天上。”他睁开眼睛看着少女:“它是正确的。”
“可是……”
“你年龄太小,还不懂箱拓扑和积拓扑的微妙区别……”主教捻着手说。“但是,数学之神圣是不容亵渎的。你质疑选择公理,那就是背叛了数学,背叛了数学神教。你会为此得到惩罚。”
阴影中走出两名教士,他们抓住了少女。她在挣扎过程中,看到墙上刻的一行字:数学即强权。他们把她带到了地牢里,等候发落。
一匹高头大马拉着一辆刑车,由骑警押解,从教堂驶入广场。军警们挥鞭驱赶民众,为刑车开道。几位司法和治安的官员,骑马与刑车并行。
囚车上坐着少女,手臂绑在背后,身边没有教士。她只穿着衬衣,长长的黑发披散在半裸露的胸前和肩上。
透过比乌鸦羽毛还油黑发亮的波浪形秀发,可以看见盘结着一条灰色粗绳索,磨着可怜姑娘的柔弱锁骨,缠绕着她那可爱的脖颈。从窗口观看的人,能望见囚车里她那赤裸的双脚,而她竭力要把腿掩在身下,大概是出于本能吧。
即使到了这耻辱和不幸的绝境,她仍然那么美丽,一双黑色眼睛因面颊消瘦而显得更大,面容苍白,但是纯洁而崇高。
此外,她已深深陷入错愕沉痛中,除了羞耻心之外,一切都任由自然。的确,她的躯体犹如死物,随着囚车的颠簸而跳动。
这工夫,森严可怖的骑队穿过人群,真是欢声四起,怪态百出。一双双愚昧的眼睛盯着她,那里面充满着对数学的狂热,和对独立思考的排斥。但也有很多人看到她如此美丽,又如此颓丧,都深感痛惜,多么希望她能够信仰选择公理。
她能够听到说话声,叫骂声,甚至还有大笑声。听到什么“obviously”“travial”。是啊,选择公理怎么会是错的呢?当然能够选出了。然而他们却忘了,如果要用直觉,那么和选择公理等价的zorn引理和良序原理一眼看上去就像是错的。她的目光无神而散乱,可以看到眼眶里还噙着一颗泪珠,但是滞留不动,仿佛冻结了。
