← 戻る 大問題 › 連続体仮説 › ゲーデルとコーエン:連続体仮説はZFCから独立である(1963年)
解法: ゲーデルとコーエン:連続体仮説はZFCから独立である(1963年) ステップ 4/9: 凝縮:すべての構成可能な実数は段階 ω 1 \omega_1 ω 1 までに現れるので L ⊨ C H L \models \mathrm{CH} L ⊨ CH ざっくり言うと L L L の中にある N \mathbb{N} N のすべての部分集合は、それ以前の段階の材料を用いた有限の論理的レシピによって名指しされている。数え上げのトリック——そのレシピをなお含む構成全体の小さな可算「標本」を取り、その標本を真の正直な大きさに凝縮する——により、そのレシピが現れるのに可算長の段階 ω 1 \omega_1 ω 1 を超えて待つ必要はなかったことが分かる。
ω 1 \omega_1 ω 1 より前の段階は ℵ 1 \aleph_1 ℵ 1 個しかなく、各段階で使い尽くされるレシピも可算個だけなので、L L L の中に存在しうる N \mathbb{N} N の異なる部分集合はたかだか ℵ 1 \aleph_1 ℵ 1 個であり、これはまさに C H \mathrm{CH} CH が要求することと一致する。
詳しい解説 凝縮補題:X X X が(十分大きい極限順序数 α \alpha α に対する)L α L_\alpha L α の初等部分構造であるとき、そのMostowski崩壊は再びちょうどある順序数 β ≤ α \beta \le \alpha β ≤ α に対する L β L_\beta L β となる。下方Löwenheim–Skolemの定理と組み合わせると、x ∈ L x \in L x ∈ L を満たす任意の x ⊆ ω x \subseteq \omega x ⊆ ω に対し、x ∈ X x \in X x ∈ X となる可算な初等部分構造 X ≺ L γ X \prec L_\gamma X ≺ L γ (x ∈ L γ x \in L_\gamma x ∈ L γ となるほど γ \gamma γ を十分大きく取る)を見つけられる。X X X を崩壊させると(X X X が可算なので)β < ω 1 \beta < \omega_1 β < ω 1 かつ x ∈ L β x \in L_\beta x ∈ L β となる L β L_\beta L β が得られる。
したがって L L L のすべての実数はすでに L ω 1 L_{\omega_1} L ω 1 に現れており、P ( ω ) ∩ L ⊆ L ω 1 \mathcal{P}(\omega) \cap L \subseteq L_{\omega_1} P ( ω ) ∩ L ⊆ L ω 1 となる。∣ L ω 1 ∣ = ℵ 1 |L_{\omega_1}| = \aleph_1 ∣ L ω 1 ∣ = ℵ 1 であるから、これは ∣ P ( ω ) ∩ L ∣ ≤ ℵ 1 |\mathcal{P}(\omega) \cap L| \le \aleph_1 ∣ P ( ω ) ∩ L ∣ ≤ ℵ 1 を与える。カントールの定理からすでに ℵ 1 ≤ 2 ℵ 0 \aleph_1 \le 2^{\aleph_0} ℵ 1 ≤ 2 ℵ 0 が成り立つので、L L L の内部では 2 ℵ 0 = ℵ 1 2^{\aleph_0} = \aleph_1 2 ℵ 0 = ℵ 1 、すなわち L ⊨ C H L \models \mathrm{CH} L ⊨ CH となる(同じ議論を ℵ 0 \aleph_0 ℵ 0 だけでなくすべての濃度 ℵ α \aleph_\alpha ℵ α で走らせれば、実際には L L L におけるより強い一般連続体仮説が得られる)。
L L L は Z F C \mathrm{ZFC} ZFC の任意のモデルの内部で、Z F C \mathrm{ZFC} ZFC の公理そのものだけを用いて構築されるため、これは C o n ( Z F C ) ⟹ C o n ( Z F C + C H ) \mathrm{Con}(\mathrm{ZFC}) \implies \mathrm{Con}(\mathrm{ZFC} + \mathrm{CH}) Con ( ZFC ) ⟹ Con ( ZFC + CH ) を示す:C H \mathrm{CH} CH は Z F C \mathrm{ZFC} ZFC だけから反証されることは決してない。これは独立性の半分にすぎない。残る三つのステップでは、L L L が許すよりも厳密に多くの実数を持つ宇宙を構築し、¬ C H \neg\mathrm{CH} ¬ CH も同様に無矛盾であることを示す。
このステップの用語 凝縮補題 構成可能階層のある段階 L α L_\alpha L α の初等部分構造を崩壊させると、常にその階層自身の内部、あるより早い段階 L β L_\beta L β に戻るという技術的事実であり、L L L をこれほど分析しやすくしている鍵となる堅固性である。 このステップで使う知識