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解法:哥德尔与科恩:连续统假设独立于ZFC(1963年)

第 5/9 步:力迫:用有限的信息碎片培育出更大的宇宙
通俗地说

设想要一位一位地揭示一个全新的无限二进制序列(一个新的实数),但每次只能确定有限多位,并且一旦写下某一位就永远不能擦除。“条件”就是这样一个序列的有限片段;更强的条件只是在不与较弱条件矛盾的前提下填入更多的位。

科恩(1963年)的想法是不只揭示一个,而是同时并排揭示 ℵ2\aleph_2 个这样的序列,用同时是所有这些序列的有限片段的条件来做。以一种无限细致、信息量最大化的方式来选取这些有限片段——一个“生成滤子”——就会产生一个全新的数学宇宙,其中包含以前从未存在过的实数。

P=Fn(ℵ2×ω,2),q≤p  ⟺  q⊇p\mathbb{P} = \mathrm{Fn}(\aleph_2 \times \omega, 2), \qquad q \le p \iff q \supseteq p
详细分析

科恩的力迫偏序集 P=Fn(ℵ2×ω,2)\mathbb{P} = \mathrm{Fn}(\aleph_2 \times \omega, 2) 由所有从 ℵ2×ω\aleph_2 \times \omega 到 {0,1}\{0,1\} 的有限部分函数 pp 组成(一个“条件”固定有限多个比特,按属于哪个序列以及在其中的位置来编号,共有 ℵ2\aleph_2 个序列),按反向包含排序:q≤pq \le p(“qq 更强”)恰好当 q⊇pq \supseteq p,即 qq 在 pp 有定义之处与 pp 一致,并严格决定得更多。

滤子 G⊆PG \subseteq \mathbb{P}(相对于基础模型 VV)是生成的,如果它与 VV 中属于 P\mathbb{P} 的每个稠密子集都相交——不严格地说,GG 最终会回答关于这些序列、仅用 VV 中已有信息就能提出的每一个问题。科恩(1963、1964年)证明了这样的生成滤子存在(用类似 Rasiowa–Sikorski 的论证,因为一次只处理一个实数时,VV 相对于 P\mathbb{P} 需要关心的稠密集只有可数多个),并且 fG=⋃p∈Gpf_G = \bigcup_{p \in G} p 会拼合成 ℵ2\aleph_2 个真正全新的完整二进制序列,即新的实数,构成生成扩张 V[G]V[G]。

由于 GG 本身是刻意从 VV 外部选取的,V[G]V[G] 在保留 VV 中每一个旧集合的同时,严格地用新集合扩张了 VV。下一步将说明 V[G]V[G] 仍然满足 ZFC\mathrm{ZFC} 的全部公理,并且这 ℵ2\aleph_2 个新实数被迫彼此真正互不相同。

本步骤中的术语
力迫条件
力迫偏序集 P\mathbb{P} 的一个元素 pp:关于正在构造的对象的有限、局部的信息片段。条件可以被扩展(加强)以揭示更多信息,但永远不会互相矛盾。
生成滤子
力迫偏序集上的一个滤子 GG,它与基础模型 VV 中存在的每个稠密子集都相交;它是从 VV 外部选取的,恰好编码了足够多的决定,以确定出一个 VV 中尚不存在的、真正全新的数学对象。
本步骤用到的知识