Кіріспе

Метаматематикадағы айқын қарама-қайшылық. Логикада Ричард парадоксы – жинақтар теориясы мен табиғи тілдің семантикалық антономиясы, оны француз математигі Жюль Ричард 1905 жылы алғаш рет сипаттаған. Бұл парадокс математика мен метаматематиканы нақтырақ ажыратудың маңыздылығын түсіндіру үшін көбінесе қолданылады. Курт Гёдель «Математикалық принциптер мен байланысты жүйелердегі формальды түрде шешілмейтін ұсыныстар туралы» кіріспе бөлімінде Ричардтың антиномиясын өзінің синтаксистік толық еместігінің семантикалық аналогы ретінде тікелей келтіреді. Парадокс сонымен қатар болжамдық математиканың дамуына ықпал етті.

Сипаттама

Парадокстың бастапқы тұжырымы, Рихардқа (1905) байланысты, Кантордың нақты сандар жиынының санаусыздығы туралы диагональдық аргументімен тығыз байланысты. Парадокс табиғи тілдің кейбір тіркестері нақты сандарды бірмәнді анықтайды, ал басқа тіркестер анықтамайды деген байқаудан басталады. Мысалы, "Бүтін бөлігі 17-ге тең және n-ші ондық таңбасы n жұп болса 0, ал n тақ болса 1" тіркесі 17.1010101 = 1693/99 нақты санын анықтайды, ал "Англияның астанасы" тіркесі нақты санды анықтамайды, сондай-ақ "алпыстан кем әріппен сипатталмайтын ең кіші оң бүтін сан" тіркесі де анықтамайды (Беридің парадоксын қараңыз). Нақты сандарды бірмәнді анықтайтын ағылшын тіліндегі тіркестердің шексіз тізімі бар (әр тіркес шекті ұзындықта, бірақ тізімнің өзі шексіз ұзындықта). Біз бұл тіркестер тізімін ұзындығы бойынша өсу ретімен орналастырамыз, содан кейін бірдей ұзындықтағы тіркестерді лексикографиялық тәртіппен реттейміз, осылайша тәртіп канондық болады. Бұл сәйкес келетін нақты сандардың шексіз тізімін береді: r1, r2, ... Жаңа нақты сан r-ді келесідей анықтаймыз. r-дің бүтін бөлігі 0-ге тең, егер r-дің n-ші ондық таңбасы rn-нің n-ші ондық таңбасына тең болмаса, r-дің n-ші ондық таңбасы 1-ге тең, ал егер r-дің n-ші ондық таңбасы rn-нің n-ші ондық таңбасына тең болса, r-дің n-ші ондық таңбасы 2-ге тең. Жоғарыдағы абзац – r нақты санын бірмәнді анықтайтын ағылшын тіліндегі тіркес. Осылайша, r rn сандарының бірі болуы керек. Алайда, r rn-нің ешқайсысына тең болмауы үшін құрастырылды (демек, r анықталмайтын сан). Бұл – парадоксалды қайшылық.

Талдау және метаматематикамен байланысы

Ричардтың парадоксы қате табу үшін талдауды қажет ететін, шешілмейтін қайшылыққа алып келеді. Жаңа нақты сан r-дың ұсынылған анықтамасы шекті символдар тізбесін қамтиды, сондықтан бастапқыда нақты санның анықтамасы сияқты көрінеді. Дегенмен, бұл анықтама ағылшын тіліндегі анықтамаға сілтеме жасайды. Егер ағылшын тіліндегі қандай өрнектер нақты санды анықтайтынын, ал қайсысы анықтамайтынын анықтау мүмкін болса, онда парадокс орын алады. Осылайша, Ричардтың парадоксын шешу – нақты сандардың анықтамасы болып табылатын ағылшын тіліндегі сөйлемдерді бірмәнді анықтаудың жоғы екендігі (Good 1966-ны қараңыз). Яғни, кез келген ағылшын тіліндегі өрнектің нақты санның анықтамасы екенін анықтау үшін шекті сөздер санымен сипаттаудың ешқандай жолы жоқ. Бұл таңқаларлық емес, себебі мұндай анықтау мүмкіндігі тоқтату мәселесін шешуге және ағылшын тілінде сипатталатын кез келген алгоритмдік емес есептеуді орындауға да мүмкіндік берер еді. Ұқсас құбылыс өз синтаксисіне сілтеме жасай алатын формальды теорияларда, мысалы, Зермело-Франкель жиындары теориясында (ZFC) кездеседі. Егер φ(r) шарты орындалатын дәл бір нақты сан r болса, онда φ(x) формуласы нақты санды анықтайды делік. Онда ZFC арқылы нақты сандарды анықтайтын барлық (Гёдель сандарының) формулалар жиынын анықтау мүмкін емес. Егер осы жиынды анықтау мүмкін болса, онда Ричардтың парадоксының жоғарыдағы сызбасына сәйкес, жаңа нақты санның анықтамасын алу үшін диагональдау әдісін қолдануға болар еді. Нақты сандарды анықтайтын формулалар жиыны F жиыны ретінде болуы мүмкін екенін ескеріңіз; ZFC-нің шектеуі – F-ті басқа жиындарға сілтеме жасамастан анықтайтын формуланың жоқтығы. Бұл Тарскидің анықталмау теоремасымен байланысты. ZFC мысалы формальды жүйенің метаматематикасын формальды жүйенің өзінің тұжырымдарынан ажыратудың маңыздылығын көрсетеді. ZFC формуласы φ бірегей нақты санды анықтайды деген D(φ) қасиеті ZFC арқылы өрнектеле алмайды, бірақ ZFC-ді формалдау үшін қолданылатын метатеорияның бір бөлігі ретінде қарастырылуы керек. Осы көзқарас бойынша, Ричардтың парадоксы метатеорияның құрылымын (түпнұсқалық жүйеде нақты сандарды анықтайтын барлық тұжырымдар тізімі) сол құрылымды түпнұсқалық жүйеде орындауға болатын сияқты қараудан туындайды.

Түрленуі: Рихардиндік сандар

Парадокстың бір түрі нақты сандардың орнына бүтін сандарды қолданады, бірақ түпнұсқаның өзіне сілтеме жасау қасиеті сақталады. Арифметикалық қасиеттері бүтін сандармен анықталатын тілді (мысалы, қазақ тілі) қарастырайық. Мысалы, "бірінші табиғи сан" дегені – бірінші табиғи сан болу қасиетін анықтайды, яғни бір; ал "дәл екі табиғи санға бөлінетін" – жай сан болу қасиетін анықтайды (Кейбір қасиеттерді нақты анықтау мүмкін емес екені анық, себебі кез келген дедуктивтік жүйе белгілі бір аксиомалардан басталуы керек. Бірақ осы аргумент үшін "бүтін сан – екі бүтін санның қосындысы" сияқты тіркестер түсінікті деп есептейміз). Мұндай барлық мүмкін анықтамалардың тізімі өзі шексіз болғанымен, әрбір жеке анықтама шекті сандағы сөздерден, демек, шекті сандағы әріптерден тұратыны анық. Осы рас болғандықтан, анықтамаларды алдымен ұзындығы бойынша, содан кейін әліпбилік тәртіппен реттей аламыз. Енді әрбір анықтаманы табиғи сандар жиынымен сәйкестендірейік: ең аз әріп саны мен әліпбилік тәртібіндегі анықтама 1 санына, келесі анықтама 2 санына, және т.б. сәйкес келеді. Әрбір анықтама бірегей бүтін санмен байланысқандықтан, кейде анықтамаға тағайындалған бүтін сан сол анықтамаға сәйкес келуі мүмкін. Мысалы, егер "1-ден және өзінен басқа бүтін санға бөлінбейтін" анықтамасы 43-ші болып табылса, онда бұл дұрыс болар еді. Себебі 43 саны 1-ден және өзінен басқа ешқандай бүтін санға бөлінбейді, демек, осы анықтаманың санының өзі сол анықтаманың қасиетіне ие. Бірақ мұндай жағдай әрқашан бола бермейді. Егер "3-ке бөлінеді" анықтамасы 58 санына тағайындалса, онда анықтаманың санының өзі сол анықтаманың қасиетіне ие емес, себебі 58 саны 3-ке бөлінбейді. Осы соңғы мысал Рихардтық қасиетке ие деп аталады. Демек, егер сан Рихардтық болса, онда сол санға сәйкес келетін анықтама – санның өзінде жоқ қасиетті білдіреді. (Формальды түрде, "x Рихардтық" дегені – "x сериялық реттелген анықтамалар жиынындағы анықтамалық өрнекпен байланысты белгіленген қасиетке ие емес" дегенмен тең). Осы мысалда 58 – Рихардтық, ал 43 – емес. Рихардтық болу қасиетінің өзі бүтін сандардың сандық қасиеті болғандықтан, ол қасиеттердің барлық анықтамаларының тізіміне жатады. Сондықтан, Рихардтық болу қасиетіне белгілі бір бүтін сан, n тағайындалады. Мысалы, "Рихардтық болу" анықтамасы 92 санына тағайындалуы мүмкін. Соңында, парадокс мынадай болады: 92 – Рихардтық па? Егер 92 Рихардтық деп есептесек, онда ол өзімен байланысты анықтамалық өрнекпен белгіленген қасиетке ие болмауы керек. Басқаша айтқанда, 92 Рихардтық емес, бұл біздің болжамымызға қайшы келеді. Бірақ егер 92 Рихардтық емес деп есептесек, онда ол өзімен байланысты анықтамалық қасиетке ие болады. Бұл анықтама бойынша, ол Рихардтық, яғни тағы да болжамымызға қайшы келеді. Осылайша, "92 – Рихардтық" деген мәлімдемені дұрыс немесе жалған деп тұрақты түрде белгілеуге болмайды.

Предикативизммен байланысы

Ричард парадоксы туралы тағы бір пікір математикалық предикативизмге қатысты. Бұл көзқарас бойынша, нақты сандар кезеңдермен анықталады, әр кезең тек алдыңғы кезеңдерге және бұрын анықталған басқа нәрселерге сілтеме жасайды. Предикативтік тұрғыдан алғанда, жаңа нақты санды құру процесінде барлық нақты сандарды сандық түрде есептеу дұрыс емес, себебі мұның анықтамаларда дөңгелекке түсіп қалу проблемасына әкелуі мүмкін деп есептеледі. ZFC сияқты жиын теориялары осындай предикативтік негізге негізделмеген және импредикативтік анықтамаларға рұқсат береді. Ричард (1905) парадоксқа предикативизм тұрғысынан шешім ұсынды. Ричардтың пікірінше, парадоксальды құрылымның кемшілігі – нақты санның құрылымын білдіретін r өрнегінің нақты санды бірмәнді анықтамауында, себебі бұл мәлімдеме r өзінің құрамына кіретін шексіз нақты сандар жиынының құрылымына сілтеме жасайды. Осылайша, Ричард нақты сан r кез келген rn ретінде қосылмайды дейді, өйткені r анықтамасы rn тізбегін құру үшін қолданылатын анықтамалар тізбесіне кіру шарттарына сай келмейді. Қазіргі заманғы математиктер r анықтамасының дұрыс еместігімен келіседі, бірақ басқа себептермен. Олардың пікірінше, r анықтамасы дұрыс емес, өйткені ағылшын тіркесінің нақты санды қашан анықтайтыны туралы нақты ұғым жоқ, сондықтан rn тізбегін құрудың бірмәнді жолы да жоқ. Ричардтың парадоксқа берген шешімі математиктердің арасында кең қолдау таппаса да, предикативизм математика негіздерін зерттеудің маңызды бөлігі болып табылады. Предикативизмді алғаш рет Герман Вейль Das Kontinuum еңбегінде егжей-тегжейлі зерттеді, онда ол элементарлық нақты талдаудың көп бөлігін тек табиғи сандардан бастап, предикативтік жолмен жүргізуге болатынын көрсетті. Соңғы кезде предикативизмді Соломон Феферман зерттеді, ол предикативтік және импредикативтік жүйелер арасындағы байланысты зерттеу үшін дәлелдеу теориясын пайдаланды.