MathLabs

Lời giải: Gödel và Cohen: giả thuyết continuum độc lập với ZFC (1963)

Bước 1 trên 9: Giả thuyết continuum: không có lực lượng nào nằm nghiêm ngặt giữa ℵ0\aleph_0 và 2ℵ02^{\aleph_0}
Hiểu nôm na

Các số tự nhiên N\mathbb{N} tạo thành lực lượng vô hạn nhỏ nhất, ký hiệu ℵ0\aleph_0; lập luận đường chéo của Cantor (1891) chỉ ra các số thực R\mathbb{R} tạo thành một vô hạn lớn hơn hẳn, có lực lượng viết là 2ℵ02^{\aleph_0}. Câu hỏi tự nhiên là liệu có lực lượng trung gian nào nằm nghiêm ngặt giữa hai lực lượng này hay không, giống như 22 nằm giữa 11 và 33.

Năm 1878, Cantor đặt giả thuyết rằng câu trả lời là không: mọi tập con vô hạn của R\mathbb{R} hoặc có cùng lực lượng với N\mathbb{N}, hoặc có cùng lực lượng với chính R\mathbb{R}, không có gì ở giữa. Khẳng định này là giả thuyết continuum (CH\mathrm{CH}), viết tương đương là 2ℵ0=ℵ12^{\aleph_0} = \aleph_1, trong đó ℵ1\aleph_1 ký hiệu lực lượng vô hạn kế tiếp ngay sau ℵ0\aleph_0.

2ℵ0=ℵ12^{\aleph_0} = \aleph_1
Phân tích chi tiết

Cantor đề xuất giả thuyết continuum (CH\mathrm{CH}) năm 1878: mọi tập con vô hạn của R\mathbb{R} có lực lượng hoặc là ℵ0\aleph_0 (đếm được) hoặc là 2ℵ02^{\aleph_0} (lực lượng của continuum), không có lực lượng nào nằm nghiêm ngặt ở giữa. Tương đương, vì định lý Cantor luôn cho ℵ1≤2ℵ0\aleph_1 \le 2^{\aleph_0} (trong đó ℵ1\aleph_1 là lực lượng không đếm được nhỏ nhất), CH\mathrm{CH} phát biểu chính xác rằng 2ℵ0=ℵ12^{\aleph_0} = \aleph_1.

Hilbert đưa bài toán này lên vị trí đầu tiên trong 23 bài toán năm 1900, kỳ vọng nó sẽ sớm được giải quyết theo cách này hay cách khác bằng chứng minh toán học thông thường, theo phong cách lập luận đường chéo của chính Cantor. Bài viết của Peter Koellner trên Stanford Encyclopedia of Philosophy về Giả thuyết continuum khảo sát lịch sử này và cách hiểu hiện đại về những gì xảy ra sau đó.

Những gì xảy ra sau đó, trong sáu thập kỷ tiếp theo, hóa ra đã lật đổ chính kỳ vọng rằng CH\mathrm{CH} có thể được chứng minh hay bác bỏ bằng phương tiện thông thường: bước tiếp theo giải thích chính xác việc một mệnh đề toán học không thể chứng minh cũng không thể bác bỏ từ các tiên đề được chấp nhận của lý thuyết tập hợp nghĩa là gì.

Thuật ngữ trong bước này
Lực lượng (số bản)
Lực lượng đo kích thước của một tập hợp; hai tập hợp có cùng lực lượng chính xác khi tồn tại một song ánh giữa chúng. ℵ0\aleph_0 là lực lượng của N\mathbb{N}; ℵ1\aleph_1 là lực lượng nhỏ nhất lớn hơn ℵ0\aleph_0.
Continuum 2ℵ02^{\aleph_0}
Lực lượng của tập hợp mọi tập con của N\mathbb{N}, viết là 2ℵ02^{\aleph_0} tương tự cách đếm các tập con của một tập hữu hạn kích thước nn là 2n2^n. Lực lượng này bằng lực lượng của R\mathbb{R}, vì các số thực có thể mã hóa thành các dãy nhị phân vô hạn.
Kiến thức dùng ở bước này