Lời giải: Gödel và Cohen: giả thuyết continuum độc lập với ZFC (1963)
Các số tự nhiên tạo thành lực lượng vô hạn nhỏ nhất, ký hiệu ; lập luận đường chéo của Cantor (1891) chỉ ra các số thực tạo thành một vô hạn lớn hơn hẳn, có lực lượng viết là . Câu hỏi tự nhiên là liệu có lực lượng trung gian nào nằm nghiêm ngặt giữa hai lực lượng này hay không, giống như nằm giữa và .
Năm 1878, Cantor đặt giả thuyết rằng câu trả lời là không: mọi tập con vô hạn của hoặc có cùng lực lượng với , hoặc có cùng lực lượng với chính , không có gì ở giữa. Khẳng định này là giả thuyết continuum (), viết tương đương là , trong đó ký hiệu lực lượng vô hạn kế tiếp ngay sau .
Georg Cantor đặt nền móng cho lý thuyết tập hợp siêu hạn bằng cách chỉ ra năm 1874 rằng tập các số thực là không đếm được, và năm 1891 (qua lập luận đường chéo) rằng với mọi tập hợp , tập lũy thừa có lực lượng lớn hơn nghiêm ngặt : . Áp dụng điều này cho tập các số tự nhiên đếm được có lực lượng cho . Các số tự nhiên đại diện cho lực lượng vô hạn nhỏ nhất; các số thực tạo thành một lực lượng lớn hơn nghiêm ngặt.
Năm 1878, Cantor đưa ra Giả thuyết Continuum (): không có lực lượng trung gian nào nằm nghiêm ngặt giữa và . Mọi tập con vô hạn của hoặc song ánh với (đếm được) hoặc song ánh với chính . Trong thang aleph của các lực lượng sắp thứ tự tốt , trong đó theo định nghĩa là lực lượng không đếm được nhỏ nhất, định lý Cantor kéo theo . Giả thuyết Continuum vì vậy là khẳng định về sự bằng nhau chính xác: .
David Hilbert xếp Giả thuyết Continuum ở vị trí số một trong số 23 bài toán nổi tiếng của ông tại Đại hội Toán học Quốc tế năm 1900 ở Paris, bày tỏ sự tin tưởng tuyệt đối rằng nó sẽ được giải quyết bằng các phương pháp của toán học thông thường. Tuy nhiên, trong sáu thập kỷ tiếp theo, mọi nỗ lực chứng minh hoặc bác bỏ đều vấp phải một rào cản chưa từng có: giả thuyết hóa ra không thể chứng minh cũng không thể bác bỏ từ các tiên đề chuẩn của toán học. Bước tiếp theo định nghĩa chính xác điều đó có nghĩa là gì.
- 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. là lực lượng của ; là lực lượng nhỏ nhất lớn hơn .
- Continuum
- Lực lượng của tập hợp mọi tập con của , viết là tương tự cách đếm các tập con của một tập hữu hạn kích thước là . Lực lượng này bằng lực lượng của , vì các số thực có thể mã hóa thành các dãy nhị phân vô hạn.