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解法:哥德尔与科恩:连续统假设独立于ZFC(1963年)

第 3/9 步:哥德尔构造 LL:可能最精简的集合宇宙
通俗地说

普通的集合论允许你构造任意集合的幂集——字面意义上是每一个可以想象的子集,并不要求这个子集能以任何方式被描述。哥德尔则构造了一个节俭得多的宇宙 LL,在其中每个阶段只允许加入那些能用已有元素给出明确逻辑描述的子集。

按照序数编号,只要序数存在就一直把这些节俭的阶段一层层叠加起来,便得到 LL:一个仍然遵守集合论所有规则、却完全由可命名的“砖块”构成的、尽可能最小的集合宇宙。

L=⋃α∈OrdLα,Lα+1=Def(Lα)L = \bigcup_{\alpha \in \mathrm{Ord}} L_\alpha, \quad L_{\alpha+1} = \mathrm{Def}(L_\alpha)
详细分析

通过对序数的超限递归:L0=∅L_0 = \emptyset,Lα+1=Def(Lα)L_{\alpha+1} = \mathrm{Def}(L_\alpha)(在结构 ⟨Lα,∈⟩\langle L_\alpha, \in \rangle 上、带参数一阶可定义的 LαL_\alpha 全部子集所组成的集合),在极限序数 λ\lambda 处 Lλ=⋃α<λLαL_\lambda = \bigcup_{\alpha<\lambda} L_\alpha,而 L=⋃α∈OrdLαL = \bigcup_{\alpha \in \mathrm{Ord}} L_\alpha。

哥德尔在1938至1940年间证明了 LL 满足 ZFC\mathrm{ZFC} 的每一条公理,事实上还满足更强的可构成性公理 V=LV = L(“每个集合都是可构成的”)。由于 LL 完全由可定义的步骤构建而成,它比人们对全体集合的宇宙 VV 所能假设的要严谨、可控得多。

拥有像 LL 这样严谨、被充分理解的宇宙,只有在能够真正计算出其中基数是什么样子时才有用;下一步将说明关于 LL 的一个结构性事实(凝聚引理)如何精确确定 P(ω)∩L\mathcal{P}(\omega) \cap L 的大小,而这正是最终得到 CH\mathrm{CH} 所需要的。

本步骤中的术语
序数
“良序序列中的位置”这一概念的推广,超越了有限数 0,1,2,…0, 1, 2, \ldots,继续延伸到 ω,ω+1,…,ω1,…\omega, \omega+1, \ldots, \omega_1, \ldots;序数用来给可构成层级的各个阶段编号。
一阶可定义子集
结构 MM 的子集 XX(带参数)一阶可定义,是指存在某个逻辑公式 ψ\psi 与参数 p1,…,pk∈Mp_1, \ldots, p_k \in M,使得 X={x∈M:M⊨ψ(x,p1,…,pk)}X = \{ x \in M : M \models \psi(x, p_1, \ldots, p_k) \}——也就是说,XX 可以由一个有限的逻辑语句确定,而不是任意选取的。
本步骤用到的知识