Кіріспе
Жинақтар теориясы тұжырымдамасы
Жинақтар теориясында және математиканың осымен байланысты салаларында, фон Нейман ғаламы, немесе В арқылы белгіленетін фон Нейманның жиындар иерархиясы – мұрагерлік жақсы негізделген жиындар класы. Бұл жиын, Zermelo–Fraenkel жиындар теориясы (ZFC) арқылы формалданады, ZFC аксиомаларын түсіндіруге немесе негіздеуге жиі қолданылады. Бұл тұжырым Джон фон Нейманның есімімен аталады, бірақ оны алғаш рет 1930 жылы Эрнст Зермело жариялаған. Жақсы негізделген жиынның рангі, жиынның барлық элементтерінің рангісінен үлкен ең кіші реттік сан ретінде индуктивті түрде анықталады. Атап айтқанда, бос жиынның рангі нөлге тең, ал әрбір реттік санның рангі өзіне тең. V-дегі жиындар олардың рангісіне сәйкес Vα трансфиниттік иерархиясына, жинақтамалы иерархия деп аталады.
In set theory and related branches of mathematics, the von Neumann universe, or von Neumann hierarchy of sets, denoted by V, is the class of hereditary well founded sets. This collection, which is formalized by Zermelo–Fraenkel set theory (ZFC), is often used to provide an interpretation or motivation of the axioms of ZFC. The concept is named after John von Neumann, although it was first published by Ernst Zermelo in 1930. The rank of a well founded set is defined inductively as the smallest ordinal number greater than the ranks of all members of the set. In particular, the rank of the empty set is zero, and every ordinal has a rank equal to itself. The sets in V are divided into the transfinite hierarchy Vα, called the cumulative hierarchy, based on their rank.
Иерархияның шекті және төмен кардиналдылық сатылары
V0-ден V4-ке дейінгі алғашқы бес фон Нейман сатысы келесідей көріністендірілуі мүмкін. (Бос қорап бос жиынтықты көрсетеді. Тек бос қорапты қамтитын қорап, тек бос жиынтықты қамтитын жиынтықты көрсетеді, және т.с.с.) Бұл тізбек тетрациялық өсімді көрсетеді. V5 жиыны 216 = 65536 элементтен тұрады; V6 жиыны 265536 элементтен тұрады, бұл белгілі ғаламдағығы атомдар санынан әлдеқайда көп; және кез келген натурал сан n үшін Vn+1 жиыны Кнуттың жоғары бағыттағы белгілеуін пайдалана отырып, 2↑↑n элементтен тұрады. Сондықтан, жиынтық иерархияның шекті сатыларын 5-ші сатыдан кейін толық жазу мүмкін емес. Vω жиыны ω-мен бірдей қуаты бар. Vω+1 жиыны нақты сандар жиынымен бірдей қуатқа ие.
V-дің жиынтық теориялар үшін үлгі ретінде қолданылуы
Егер ω табиғи сандар жиыны болса, онда Vω – мұрагерлік шекті жиындар жиыны, бұл шексіздік аксиомасы жоқ жиын теориясының моделі. Vω+ω – «қалыпты математиканың» әлемі және ол Зермело жиын теориясының моделі (бірақ ZF моделі емес). Vω+ω жеткіліктілігін дәлелдейтін қарапайым аргумент – Vω+1 бүтін сандар үшін жеткілікті, ал Vω+2 нақты сандар үшін жеткілікті, және осы жиындардан түрлі қатынастар арқылы құрылатын көптеген қалыпты математика, Vω+ω-дан тысқары шығу үшін алмастыру аксиомасын қажет етпейді. Егер κ қолжетімсіз кардинал болса, онда Vκ – Зермело-Френкель жиын теориясының (ZFC) өзі, ал Vκ+1 – Морс-Келли жиын теориясының моделі. (Ескеріңіз, әрбір ZFC моделі сонымен қатар ZF моделі болып табылады, және әрбір ZF моделі де Z моделі болып табылады.)
V-ді "барлық жиынтықтардың жиынтығы" деп түсіндіру
V екі себеппен "барлық (наивті) жиындықтардың жиынтығы" емес. Біріншіден, ол жиындық емес; әрбір жеке Vα сатысы жиындық болғанымен, олардың біріктірілісі V – өзіндік класс болып табылады. Екіншіден, V-дегі жиындықтар тек жақсы негізделген жиындықтар ғана. Негіз аксиомасы (немесе реттелу аксиомасы) әрбір жиынның жақсы негізделгендігін және демек V-де болуын талап етеді, осылайша ZFC-де әрбір жиын V-де болады. Бірақ басқа аксиомалық жүйелер негіз аксиомасын жоюы немесе оны күшті жоққа шығарумен алмастыруы мүмкін (мысалы, Аццельдің анти-негіз аксиомасы). Бұл негізсіз жиындық теориялар кеңінен қолданылмайды, бірақ оларды зерттеуге болады. "Барлық жиындықтардың жиынтығы" түсінігіне қарсы үшінші аргумент – барлық жиындықтар міндетті түрде "таза жиындықтар" емес, олар қуат жиынтықтары мен біріктірулерді пайдалана отырып, бос жиындықтан құрастырылады. Зермело 1908 жылы урелементтерді қосуды ұсынды, олардан ол 1930 жылы трансфинитті рекурсивті иерархияны құрды.
V және тұрақтылық аксиомасы
V = ⋃αVα формуласы көбінесе теорема ретінде қарастырылады, анықтама ретінде емес.
V-дің экзистенциалдық мәртебесі
V сыныбы математиканың көп бөлігі үшін арена саналатынын ескере отырып, оның қандай да бір мағынада "бар екенін" анықтау маңызды. Барлықтың болуы қиын ұғым болғандықтан, әдетте оның мәселесін тұтастық мәселесімен ауыстырады, яғни ұғымның қайшылықтардан бос екенін тексеру қажет. Басты кедергі – Гёдельдің толық еместік теоремалары, олар ZF жиын теориясының тұтастығын ZF жиын теориясының өзінде дәлелдеудің мүмкін еместігін көрсетеді, егер ол шындығында тұтас болса. Фон-Нейман ғаламының тұтастығы негізінен құрылымдағы реттік параметр ретінде қызмет ететін реттік сандардың тұтастығына және реттік сандар мен Фон-Нейман ғаламының екеуі де құрылған трансфиниттік индукцияның тұтастығына байланысты. Реттік сандар құрылымының тұтастығы фон Нейманның 1923 және 1928 жылғы еңбектеріне негізделген деп айтуға болады. V-нің трансфиниттік индукция арқылы құрылуының тұтастығы сол кезде Зермелоның 1930 жылғы еңбегінде орнатылған деп айтуға болады. Фон-Нейман ғаламын алғаш рет жариялаған – Эрнст Зермело, 1930 жылы. Жинақтардың жалпы трансфиниттік рекурсивті анықтамасының болуы мен бірегейлігі 1928 жылы фон Нейман тарапынан Zermelo-Fraenkel жиын теориясы және фон Нейманның жеке жиын теориясы (кейіннен NBG жиын теориясына айналған) үшін көрсетілді. Бұл еңбектердің ешқайсысында ол өзінің трансфиниттік рекурсивті әдісін барлық жиынтардың ғаламын құру үшін қолданған жоқ. Бернейс пен Мендельсонның Фон-Нейман ғаламын сипаттауларында трансфиниттік индукциялық құрылыс әдісі үшін фон Нейманға алғыс айтылады, бірақ оның қарапайым жиынтардың ғаламын құруға қолданылуы үшін емес. V белгісі фон Нейманның құрметіне тағайындалмаған. Оны 1889 жылы Пеано жиынтардың ғаламы үшін қолданды, V әрпі "Verum" дегенді білдіреді, оны ол логикалық символ ретінде де, барлық индивидтер класын білдіру үшін де пайдаланды. Пьяноның V белгісін 1910 жылы Уайтхед пен Рассел барлық жиынтар класы үшін қабылдады. V белгісін (барлық жиындар класы үшін) фон Нейман өзінің 1920 жылдардағы реттік сандар мен трансфиниттік индукция туралы еңбектерінде қолданған жоқ. Пол Коэн V әрпін (барлық жиынтар класы үшін) 1940 жылғы Гёдельдің еңбегіне байланысты қолданғанын нақты айтады, бірақ Гёдель бұл белгіні, мүмкін, Уайтхед пен Рассел сияқты ертерек көздерден алған.
Философиялық көзқарастар
Фон Нейманның V ғаламының ZFC-мен байланысын түсінудің екі жолы бар (әрбір жолдың көптеген нұсқаларымен және олардың арасындағы аралық түрлерімен бірге). Жалпы алғанда, формалистер V-ді ZFC аксиомаларынан туындайтын нәрсе деп қарастырады (мысалы, ZFC әрбір жиынның V-де екенін дәлелдейді). Ал реалистерлер фон Нейман иерархиясын интуицияға тікелей қолжетімді нәрсе деп қарастыруға бейім, ал ZFC аксиомаларын V-дегі шындығы үшін табиғи тілде тікелей түсіндіре алатын мәлімдемелер ретінде қарастырады. Мүмкін болатын орташа позиция – фон Нейман иерархиясының ойдағы образы ZFC аксиомаларын негіздеумен қамтамасыз етеді (соның салдарынан олар кездейсоқ болмайды), бірақ міндетті түрде нақты барлық объектілерді сипаттамайды.