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  • 布勞威爾

    布勞威爾

    布勞威爾,男,荷蘭數(shù)學家。1881年2月27日生于荷蘭的奧弗希,1966年12月2日卒于布拉里克姆。1904年畢業(yè)于阿姆斯特丹大學。后在G.曼諾利的影響下,開始接觸拓撲學和數(shù)學基礎。1912年為阿姆斯特丹大學教授,同年為荷蘭皇家科學院院士。他強調(diào)數(shù)學直覺,堅持數(shù)學對象必須可以構(gòu)造,被視為直覺主義的創(chuàng)始人和代表人物。

    人物貢獻

    他在拓撲學的突出貢獻是建立布勞威爾 不動點定理以及證明維數(shù)的拓撲不變性(1910)。1912年起,他特別關(guān)心集合的原始地位及排中律的作用,建立構(gòu)造主義的數(shù)學體系,包括可構(gòu)造 連續(xù)統(tǒng);集合論的構(gòu)造基礎,構(gòu)造的測度論,構(gòu)造的函數(shù)論等。

    人物生平

    學習時期

    布勞威爾出生于荷蘭北部港口鹿特丹附近的小鎮(zhèn)奧弗希.隨著家庭的搬遷,先在梅淡布里克的小學上學;14歲時,在霍納的高等中學畢業(yè);兩年后,通過考試進入了哈林的市立大學預科.同一年,即1897年,他考入阿姆斯特丹大學攻讀數(shù)學,直到1904年.1907年,他獲得了博士學位,博士論文題目是“論 數(shù)學基礎”(Overde grondslagen der wiskunde).

    1909年,布勞威爾在阿姆斯特丹大學當無薪講師——學生自愿聽課,教師的報酬直接來自受指導的學生.1912年,他被任命為阿姆斯特丹大學的數(shù)學教授.1952年,布勞威爾從阿姆斯特丹大學退休.1966年,他在布拉里克姆去世.

    展露才華

    布勞威爾很早就顯露出與眾不同的才華:高中畢業(yè)僅僅兩年,他就掌握了進入大學預科所必須的希臘文和拉丁文;進入大學后,他很快就掌握了當時通行的各門數(shù)學,受到他的教授D.J.柯特維格(Korteweg)的贊許;在讀大學時,他獲得了關(guān)于四維空間連續(xù)運動的某些結(jié)果,并發(fā)表在阿姆斯特丹皇家科學院報告集上,在當大學生時,通過自己的刻苦鉆研,更由于受到G.曼諾利(Mannoury)教授一系列啟迪性講座的誘發(fā),布勞威爾接觸到了拓撲學和數(shù)學基礎,并且終生鐘愛它們.他在學習數(shù)學的同時,還對哲學非常感興趣,尤其熱衷于研究神秘主義.

    關(guān)注數(shù)學

    在攻讀博士學位時,布勞威爾以極大的熱情注視著B.羅素(Russll)與H.龐加萊(Poincare)關(guān)于數(shù)學的邏輯基礎的論戰(zhàn),并以此為題寫成他的博士論文.總的說來,他傾向于龐加萊的觀點,反對羅素和D.希爾伯特(Hilbert)關(guān)于數(shù)學基礎的思想.但是,他又極不同意龐加萊關(guān)于數(shù)學存在性的說法.他認為,龐加萊的辦法不能排除悖論.為此,他在博士論文“論數(shù)學基礎”中開始建立直覺主義的數(shù)學哲學.

    布勞威爾

    關(guān)注拓撲學

    布勞威爾獲得博士學位后,主要研究領域為拓撲學,從1907年至1913年,取得不少重要的成果.

    從1912年起,布勞威爾重新開始研究數(shù)學基礎問題.從1918年起,他在各種學術(shù)刊物上發(fā)表一系列論文,宣傳和論證他的觀點.他發(fā)展了直覺主義數(shù)學;對經(jīng)典數(shù)學作詳盡的批判;判別各個數(shù)學分支中究竟有哪些定理符合直覺主義;尋找構(gòu)造數(shù)學的基本概念;努力在構(gòu)造的基礎上建立新的數(shù)學——在微積分、代數(shù)、初等幾何等領域取得了成功.

    相關(guān)理論

    直覺主義

    在布勞威爾之前,L.克羅內(nèi)克(Kronecker)和龐加萊等已經(jīng)提出了一些零散的直覺主義的意見.但是,布勞威爾認為,龐加萊僅僅強調(diào)數(shù)學的存在性,這并不能消除邏輯主義者的悖論,只有直覺的構(gòu)造才能作為數(shù)學的基礎.

    布勞威爾的直覺主義起源于這樣的一種哲學:基本的直覺是按時間順序出現(xiàn)的感覺,把時間進程抽象出來,就產(chǎn)生了數(shù)學.

    布勞威爾把數(shù)學看作是心智的自由創(chuàng)造.它是以自明的原始概念——原初直覺——構(gòu)造數(shù)學對象.數(shù)學概念嵌入人們的頭腦先于語言、邏輯和經(jīng)驗.決定概念的正確性和可接受性的是直覺,而不是經(jīng)驗和邏輯.像形式邏輯這樣構(gòu)建起來的體系,僅僅可以作為描述規(guī)律性的手段而存在,根本不能作為數(shù)學的基礎.

    布勞威爾在博士論文中批判了G.康托爾(Cantor)的集合論以及其他各派數(shù)學基礎的理論——不容置疑,它們都依賴形式邏輯.他堅持認為,無論怎樣用希爾伯特所設想的相容性證明來進行修補,數(shù)學的公理基礎都必須毫不留情地拋棄.盡管保留希爾伯特的有限性綱領作為前提,也不能證明算術(shù)的相容性.他指出,邏輯隸屬于語言,邏輯法則的用處是導出更多的陳述.然而,邏輯絕不是揭露真理的可靠工具.用其他辦法不能得到的真理,用邏輯也照樣不能推導出來.布勞威爾有一個著名的論斷:是邏輯依賴數(shù)學,而不是數(shù)學依賴邏輯.于是,布勞威爾順理成章地解決了悖論危機:邏輯并不是先驗的和不可違反的,根本不存在從公理出發(fā)的數(shù)學.所以,悖論的出現(xiàn)是無所謂的.他還指出:公理化的辦法,形式主義的辦法,當然都會避免矛盾.但是,用這種辦法不會得到有數(shù)學價值的東西.一個錯誤的理論,即使沒有因矛盾而告終,也仍然是錯誤的.

    排中律有效性

    布勞威爾最值得稱道的成就是否定排中律的有效性.他在“論邏輯原則的不可靠性”(De onbetrouwbaarheid der logischeprincipes)中對排中律提出了懷疑.他指出,排中律——間接證明方法的基石——在歷史上起源于推理在有窮集合的子集中的應用.但后來卻被認為是一條獨立的先驗原則,并毫無根據(jù)地應用于無窮集合上.所以,它是極不可靠的.

    從1923年起,布勞威爾在一系列論文中論述排中律在數(shù)學中的作用及其可靠程度,使數(shù)學家們服了氣:必須在有效的證明手段中拋棄排中律.

    布勞威爾依據(jù)直覺主義原理重新構(gòu)建數(shù)學體系.開始,他沒有什么進展.原因在于缺乏符合要求的構(gòu)造性連續(xù)統(tǒng)的概念.1914年,他終于得到了這樣一個概念.這是他在一篇對A.舍恩弗利斯(Schoenflis)和H.哈恩(Hahn)關(guān)于集合論進展報告的評論中提出的.次年,他審查集合論的構(gòu)造性基礎問題,徹底弄清了排中律的作用.1918年,他發(fā)表了以這個概念為基礎的集合論.1919年,他作出了測度的構(gòu)造性理論.1923年,他給出了構(gòu)造性函數(shù)論.

    與公理集合論相比,糾纏著構(gòu)造性集合論的困難是:集合概念不能是本原概念,而是必須解釋和說明的概念.布勞威爾在論述中,引入了“自由選擇串”來完成這個任務.這就是,從一堆對象(例如自然數(shù))中無限制地進行一連串的選擇.所有的選擇由一個法則確定.而且,在每次選擇之后,接踵而來的可能選擇就增添了限制.他把選擇所遵循的法則稱為“展延法則”,而允許進行的永無結(jié)束的自由選擇串稱為展延法則的“元”.如果展延法則只允許在有限個可能情形中進行選擇,則稱其為“有界展延”.作為特殊情形,直覺連續(xù)統(tǒng)就可以看成是由有界展延所給出.布勞威爾指出,語句“一個展延的全部元具有性質(zhì)p”意味著,“我擁有一個構(gòu)造手段,它能夠讓我判定,在選擇串α的有限次選擇之后,選出的元具有性質(zhì)p.”根據(jù)這一解釋,根據(jù)對這樣的構(gòu)造手段的本性的理解,布勞威爾得到他那稱之為有界展延基本定理的定理——扇形定理.這個定理宣稱,定義在一個有界展延S上的整值函數(shù)f是這樣計算的:對于某個自然數(shù)n,如果S中任意兩個自由選擇串α和β,它們的前n個選擇重合,那么,就有f(α)=f(β).

    扇形定理

    1924年,布勞威爾證明了,在單位閉區(qū)間上處處有定義的函數(shù)是一致連續(xù)的.在這一證明過程中,他第一次采用了扇形定理.

    扇形定理這個直覺主義數(shù)學的基本定理的證明始終不能順利地被人們接受.不過,它使布勞威爾獲得了成果,這些成果與人們熟知的原來的數(shù)學知識大相徑庭,諸如:直覺連續(xù)統(tǒng)的不可分解性,實函數(shù)的一致連續(xù)性有一定限度,等等.

    應用扇形定理,布勞威爾從根本上動搖了排中律,特別是動搖了它的無矛盾性原理——┐┐(A∨┐A).他成功地顯示了,所謂排中律這個普遍原則本身就存在矛盾.也就是說,存在這樣的性質(zhì),對于有界展延的全部元來說,如果硬使它要么持有這種性質(zhì)要么不持有這種性質(zhì),

    1920年以后,邏輯學家的注意力都被吸引到了布勞威爾邏輯.人們研究它與經(jīng)典邏輯的關(guān)系.由于K. 哥德爾(Gdel)決定性的工作,希爾伯特的基礎綱領被沖開了缺口.第二次世界大戰(zhàn)后,由于S.克林尼(Kleene)開拓性的研究,由于遞歸函數(shù)論的興起和計算機的廣泛使用,使得直覺主義的基礎復活了,它被更多的數(shù)學家所接受.

    拓撲學貢獻

    布勞威爾在拓撲學領域做出了他的又一大貢獻.

    受到希爾伯特在巴黎的第二屆國際數(shù)學家大會的講演的影響,也受到舍恩弗利斯關(guān)于集合論進展的報告的影響,布勞威爾從1907年到1913年進行了大量研究,取得了大量基礎性成果.1907年,他研究了希爾伯特那極難對付的第5問題,但不依靠可微性假設而采用了分割式組合.作為F.克萊因(Klein)那著名的埃朗根綱領的一個自然引伸,布勞威爾討論了平面變換的理論,給出了笛卡兒平面上拓撲映射的一些同倫性質(zhì).

    建立布勞威爾不動點定理是他的突出貢獻.這個定理表明:在二維球面上,任意映到自身的一一連續(xù)映射,必定至少有一個點是不變的.他把這一定理推廣到高維球面.尤其是,在n維球內(nèi)映到自身的任意連續(xù)映射至少有一個不動點.在定理證明的過程中,他引進了從一個復形到另一個復形的映射類,以及一個映射的映射度等概念.有了這些概念,他就能第一次處理一個流形上的向量場的奇點.

    康托爾揭示了不同的n與空間Rn的一一對應關(guān)系.G.皮亞諾(Peano)則實現(xiàn)了把單位線段連續(xù)映入正方形.這兩個發(fā)現(xiàn)啟示了,在拓撲映射中,維數(shù)可能是不變的.1910年,布勞威爾對于任意的n證明了這個猜想——維數(shù)的拓撲不變性.在證明過程中,布勞威爾創(chuàng)造了連續(xù)拓撲映射的單純逼近的概念,也就是一系列線性映射的逼近.他還創(chuàng)造了映射的拓撲度的概念——一個取決于拓撲映射連續(xù)變換的同倫類的數(shù).實踐證明,這些概念在解決重要的不變性問題時非常有用.例如,布勞威爾就借助它界定了n維區(qū)域;J.W.亞歷山大(Alexander)則用它證明了貝蒂數(shù)的不變性.

    1910年,布勞威爾發(fā)現(xiàn)了平面上不可分解的連續(xù)統(tǒng)是可數(shù)個單連通區(qū)域的公共邊界.1912年,他證明了可以把約當曲線定理推廣到n維空間.1913年,他給出了拓撲空間維數(shù)的嚴格定義.

    由于布勞威爾在拓撲學上的出色成就,他被推選為荷蘭皇家科學院院士.可是,他在1912年的就職演說上,卻只大講直覺主義和構(gòu)造主義,而不談他那頗為得意的拓撲學,大大出乎人們的意料之外.

    人物評價

    布勞威爾在數(shù)學上開創(chuàng)了一個派別,與他致力于哲學研究分不開.他在一系列哲學論文里,詳盡地闡述了他那具有高度個人特色的哲學見解.而他正是從這樣的哲學出發(fā),批判了先前的數(shù)學賴以建立的基礎,然后將數(shù)學建立在他自己確認的基礎上.

    1905年,布勞威爾在論文“生活、藝術(shù)和神秘主義”(Leven,kunst en mystiek)中討論了人類的社會性和主觀能動性.布勞威爾還指出,人們?yōu)榱诉_到某個目標,要使用某種手段.在反復地逐次使用這種手段之后,人們發(fā)現(xiàn),竟然會產(chǎn)生出與原來目標相反的結(jié)果.他認為,這種異化是人類的能動性中一個重要的原理——動態(tài)原理.在1907年的論文中,布勞威爾從哲學的立場對邏輯作評論.他指出,邏輯是從數(shù)學派生出來的,其本原是數(shù)學上的直覺,而這種直覺來自于時間,它的根源就是I.康德(Kant)對時間的“自我感覺”概念.他強調(diào)了“短暫感覺”,認為它是數(shù)學的發(fā)端:自我從“短暫感覺”中分離出了不同的感受.布勞威爾在1933年指出,這種“短暫感覺”乃是某一生活瞬間分解成不同質(zhì)的兩部分,其中一部分比另一部分先退出了生活,但它們?nèi)匀涣粼谟洃浝铮當?shù)學最基礎的直覺就是這樣的短暫感覺的結(jié)構(gòu)的抽象——拋棄了一切內(nèi)容的數(shù)學抽象.所以,自然數(shù)的理論來自于數(shù)學直覺.在短暫感覺的順序中,人隨時可以設想在兩個已知元素之間插入新元素,所以,連續(xù)統(tǒng)理論也完全來自于數(shù)學直覺.

    人物榮譽

    盡管布勞威爾沒有能夠成功地改變數(shù)學家們的觀念,但他的工作得到全世界的承認.1929年,他被奧斯陸大學授予榮譽學銜;1955年,又被劍橋大學授予榮譽學銜.1919年,被德國科學院選為院士;1943年,被美國哲學會選為會員;1948年,被倫敦的皇家學會選為會員.

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