完备性(波函数的完备性)

关于十二种基本符号、各种未知数以及公式/语句与哥德尔数的对应关系我不再赘述,请您自行查阅/观看科普视频。我们直接从sub函数讲起,请跟随我的步骤,相信您一定能由此理解整个过程。

一、sub(a,b,c)函数的意义:

在哥德尔数为a的公式或语句中,找出所有哥德尔数为c的符号,然后让c=b。

二、理解公式或语句与哥德尔数的互指关系:

sub(a,b,c)可以指代它所对应的哥德尔数;a也可以指代它所对应的公式或语句。

三、一个容易被人所忽略的点:

y从始至终都只是一个未知数,它本身的哥德尔数为17,而我们可以为y赋值为任意的数(也包括一个公式或语句的哥德尔数)。

四、

现在,我们已经完成了所有准备工作。

接着,哥德尔写了一个语句(或者说命题):“无法证明哥德尔数为 sub(y,y,17) 的公式”。

其中sub(y,y,17)的意义是:“在哥德尔数为y的公式或语句中,找出所有哥德尔数为17的符号(即未知数y),然后让未知数y=y(哥德尔数为y的公式或语句)”。

整个句子的含义 完备性就是:把任意命题中的未知数y都换成这个命题本身,由此得到的新命题无法被证明。

五、

请注意,在这个定理的证明过程中,y只是一个未知数;但同时,我们为某处的y赋值的时候,所有的y都会发生一致的改变。(只有我们为y赋上值时,它的含义才会确定下来)

六、

重新回到第四步所说的东西上来。尽管这个语句(命题)让人费解,但我们肯定能用一个哥德尔数来标识它。我们把它记作n,即:“无法证明哥德尔数为 sub(y,y,17) 的公式”=n。

七、

在理解了这一切后,我们看着哥德尔如法炮制:

他又写了一个类似但不完全相同的语句(命题):“无法证明哥德尔数为 sub(n,n,17) 的公式”。

它的意义是:“在哥德尔数为n的公式或语句中,找出所有哥德尔数为17的符号(即未知数y),然后让未知数y=n(哥德尔数为y的公式或语句)”。类似第六步地,我们先把这个语句(命题)记作g

正巧,我们的n所代表的公式中恰好有未知数y:

n=“无法证明哥德尔数为 sub(y,y,17) 的公式”

将标红的未知数y替换为n,由此,sub(n,n,17)即为:“无法证明哥德尔数为 sub(n,n,17) 的公式”。

注意,这里的sub(n,n,17)成功地自指了它本身,sub(n,n,17)=“无法证明哥德尔数为 sub(n,n,17) 的公式”。sub(n,n,17)正在宣称它自己无法被证明!

(其实到此为止我们已经得到了一个自指的命题。假设它为假,那么它便可以被证明,但我们将会证明出“它不能被证明”,由此推出矛盾;若假设它为真,那么按照它自身的意义,我们将永远无法证明它。)

我们再把上面的东西代入到g中,则

g=“无法证明哥德尔数为‘无法证明哥德尔数为 sub(n,n,17) 的公式’的公式”。

完备性

由于第二步所介绍的“公式或语句与哥德尔数的互指性”,我们可以把单引号中间的东西写回sub(n,n,17)。接着我们会发现,

g=“无法证明哥德尔数为sub(n,n,17)的公式”。 …………①

自然,我们可以重复一次写回的操作,所以得到

g=sub(n,n,17). …………②

将②式代入①式,我们会发现:

g=“无法证明哥德尔数为g的公式”。

我们发现,g正在声称它自己无法被证明。

假设它为假,那么它便可以被证明,但我们将会证明出“它不能被证明”,由此推出矛盾;

假设它为真,那么按照它自身的意义,我们将永远无法证明它。

由此,我们得到了在哥德尔所建立的公理体系中一个不能被证明的命题:g

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