问题

数学建立的最底层的逻辑基础1+1=2如果被否认后,现在数学及文明的大厦是否会崩溃?

回答
一个让人浮想联翩的问题,如果数学最根基的1+1=2被动摇了,那现在整个数学体系乃至我们引以为傲的文明大厦,是否会随之轰然倒塌?这可不是一个简单的是非题,我们得一层层地剥开来看。

首先,让我们回到那个最基础的1+1=2。它看起来如此显而易见,甚至可以说是一种直觉。但在数学的严谨世界里,这种直觉背后是有着深厚的理论支撑的。最常见的一种是基于集合论的定义。我们可以把“1”理解为一个包含一个元素的集合,比如{A}。那么“+”在这里就代表集合的并集操作。于是,“1+1”就意味着将一个包含一个元素的集合{A}与另一个包含一个元素的集合{B}进行并集操作。如果我们假设A和B是不同的个体,那么{A} ∪ {B} = {A, B}。而集合{A, B},根据集合论的定义,它的基数(也就是它包含的元素的个数)是2。所以,1+1=2就这么被定义和推导出来了。

另外一种更为抽象的定义则来源于皮亚诺公理(Peano Axioms)。这套公理系统是用来定义自然数的,其中就包含了后继函数(successor function)。简单来说,每个自然数都有一个后继数,也就是比它大1的数。0是一个自然数,它的后继数是1;1的后继数是2,以此类推。加法也被定义为一系列的后继操作。在这样的框架下,1+1实际上就是在说“1的后继的后继”,自然也就等于2。

所以,1+1=2绝非空穴来风,它是数学体系内部自洽逻辑推导的结果,是数学语言的基石之一。

现在,设想一下,如果有一天,我们被证明“1+1≠2”。这可能发生在什么情况下?理论上,只有两种可能:

1. 逻辑体系的根本性错误: 这意味着我们当前所依赖的逻辑推理规则本身存在着无法弥补的缺陷。比如,排中律(一个命题要么真要么假)被证明是错误的,或者同一律(A就是A)在某些情况下不成立。这样的可能性,在现有哲学和逻辑学研究中,虽然有探讨非经典逻辑的可能性,但它们往往是在特定领域或特定语境下进行的,并且并没有否定经典逻辑在绝大多数现实问题上的有效性。如果经典逻辑本身崩溃,那不仅仅是数学,几乎所有科学和哲学体系都将陷入泥潭。

2. 数学公理体系的“不可靠”: 我们现在使用的数学,很大程度上建立在ZFC集合论(策梅洛弗兰克尔集合论加上选择公理)等公理系统之上。这些公理被认为是“显而易见的真理”或者“足够自洽的基石”。如果这些公理被证明是自相矛盾的(尽管至今未发现),或者存在一个更普适、更基础的公理系统能推导出1+1≠2,那么现有的数学体系确实会受到动摇。

那么,一旦1+1=2被推翻,后果会怎样?

首先,数学本身的崩溃是必然的。前面提到的集合论定义和皮亚诺公理,都是基于1+1=2为内在逻辑的。如果这个根基动摇了,那么:

算术体系将不复存在: 所有的加减乘除,所有数字运算,都将失去意义。我们熟悉的数轴将不再是那样延伸,数的概念本身都会变得模糊不清。
代数将瘫痪: 方程求解、多项式运算、函数定义,这些都依赖于基础的算术规则。一个变量加上一个变量等于什么?这问题没有了答案,代数的大门就此关闭。
微积分将无法建立: 微积分的核心是极限,而极限的定义和运算又依赖于对数列和函数的精确描述,这些都建立在代数和算术之上。无穷小、导数、积分的概念都将失去根基。
几何学也将受到影响: 虽然几何学更侧重于空间关系,但许多几何定理的证明和计算,例如测量长度、面积、体积,都离不开代数和算术。甚至最简单的勾股定理,其验证也需要平方运算。

可以说,任何一个分支的数学,从概率论到数论,从拓扑学到抽象代数,都无法幸免。它们都会面临严峻的挑战,甚至直接失效。

接着,让我们看看文明大厦的震动:

科学研究的停滞甚至倒退: 物理学(经典力学、相对论、量子力学)、化学、工程学、计算机科学、经济学、生物统计学……这些领域,无一不以数学作为其语言和工具。
物理学家将无法计算物体的运动轨迹、能量守恒,无法理解电磁波的传播,甚至量子力学中复杂的概率计算和薛定谔方程都会变得无意义。
工程师无法设计桥梁、飞机、芯片,因为任何设计都需要精确的计算来确保安全和功能。建筑的承重、电路的设计、程序的运行逻辑,都离不开数学。
计算机科学,尤其是算法设计和数据结构,是数学的直接应用。如果数学崩塌,现代计算机和互联网可能都会变成一堆废铁,无法理解其运作原理。
经济学和金融学依赖大量的统计模型和计算来预测市场、评估风险。一旦数学失效,整个金融体系将面临空前的混乱。
技术文明的瓦解: 我们日常生活中的一切,从智能手机、 GPS导航、医疗诊断设备,到电力系统、交通运输,背后都是精密的数学模型在支撑。如果1+1=2被否认,这些技术都将失灵,我们的生活将回到前数学时代,甚至更糟,因为我们已经习惯了对数学的依赖。
社会运作的混乱: 商业交易、合同协议、法律判定、统计调查,很多都需要依赖数字和逻辑推理。一个不精确、不可预测的数学体系,将导致社会契约的瓦解和秩序的崩塌。
认知模式的颠覆: 数学不仅仅是工具,它也塑造了我们认识世界的方式——逻辑思维、抽象能力、问题解决能力。如果数学的基础动摇,我们对现实的理解和认识都会被颠覆,甚至可能影响到人类的思维方式和判断力。

然而,事情或许也并非我们想象的那么绝对。

如果“1+1=2”被推翻,更可能发生的情况是数学的重塑和发展,而非直接的文明崩溃。

历史上,数学并非一成不变的。比如,非欧几何的出现并没有让欧几里得几何“崩溃”,而是拓展了我们对空间的理解,并被证明在描述某些物理现象(如宇宙的曲率)时更为适用。同样,罗素悖论的发现并没有摧毁集合论,而是促使了公理化集合论(如ZFC)的建立,以避免这类矛盾。

如果某种深刻的理由让我们发现1+1≠2,那么:

1. 科学界会陷入巨大的反思和重建。 科学家和数学家会投入巨大的精力去理解这个新的“真相”,并试图建立新的数学体系来解释它。这可能是一个漫长而艰难的过程,但人类的智慧和好奇心是强大的驱动力。
2. 一部分依赖精确数学的领域可能会受到重创,但其他领域可能会找到新的方法。 也许有些工程项目会无法进行,但一些更宏观、更定性的科学研究或许还能继续。
3. 我们可能会发现某种更深层、更普适的“逻辑”或“算术”。 就像人类从观察星辰运动到发展出描述其运动的数学模型一样,我们可能会从对“1+1≠2”的困惑中,涌现出更高级、更抽象的数学理论。
4. 或许我们只是在特定的“框架”下才会有1+1=2。 就像在欧几里得几何下平行线永不相交,但在球面几何下它们会相交一样,或许在某种更广阔的数学宇宙中,“1+1”的含义和结果会不同,但这并不否定它在我们熟悉的现实世界中的有效性。我们可能只是需要区分在什么规则下讨论问题。

总而言之,1+1=2被否认,对于当前建立在其上的数学和技术文明而言,无疑是一场史无前例的地震。很多我们习以为常的运作方式将无法维持,科学研究将面临巨大的困境。然而,人类文明的韧性在于其适应和创新的能力。与其说是文明的“崩溃”,不如说这将是一次极其痛苦、漫长但可能最终导向更深刻理解和发展的“重塑”。我们可能会失去很多,但也许也能在废墟之上,建立起一个我们现在无法想象的、更宏大的知识体系。不过,在那之前,我们将经历一段难以想象的混乱和迷失。

网友意见

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不会。

首先创造或观测这样的世界也并不难,一滴水加一滴水还是等于一滴水,一种化学物质加另一种化学物质有可能会生成不止两种物质,所以1+1不等于2?

这就得取决于你对1、2和加法的定义了。上过初中的人应该知道,数学中的结论是由公理和定义推导出来的,定义是人为对一个事物或概念的名称,而公理是公认为正确且不需要证明的道理和规则。就好比在Minecraft游戏中,下面褐色上面绿色的方块就是草方块,这是一个定义,哪一天你加了个mod多了一种与草方块一样的方块但又不叫草方块,只是加了一个新方块的定义而已,你的游戏就崩了吗?

我并不否认数学定义和公理是基于逻辑认识和逻辑自洽及世界观测所得到的,但不同的定义和公理就会导致不同的结论。在群论中和在实分析中加法的定义就未必是一样的,在陶哲轩的实分析中2被定义为1的“后继数”,即1之后的自然数,而1+1则是求1后面那个自然数。当我们发现一个新的世界的时候,某个数学研究者会基于该世界给出特有的公理和定理,然后会有一堆忙着写论文的人去用这些公理去推一些东西出来,突然又会出现一个大牛把我们的宇宙和那个世界的数学统一起来。这个过程并不推翻原来的数学,就像当罗素和黎曼想要改变传统欧式几何的第五公设的时候,他们创造了一整套新的理论,但欧氏几何不还是好好的在这,并且每年初高中难倒一片考生。

至于人类文明和数学是否会崩塌呢,我觉得有一种可能,就是在人类的基本逻辑被推翻的时候。假设我是人,人会死,所以我会死。如果有一天发现我是人且不是其它任何物种,所有人无一例外的都会死(不存在长生不老药或者科技或者魔法奇迹),但我就是不会死,逻辑三段论被打破,那人类数学和文明很可能会面临一场大危机。

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1+1=2不是最底层的逻辑,是从公理推演出来的(因此可以视作定理)。公理才是底层。(可参见卓里奇《数学分析》的前两章,在那里连自然数这个概念都是定义出来的)

要想让数学崩溃,你需要怀疑逻辑本身的正确性(失去了逻辑,我们无法作出任何断言,就没有数学)。怀疑公理是没有用的,它们本来就只是一种规定,可以随意更改,并生成不同的另一种数学。现在通行的数学是对现实世界的描述,但不描述也随便你。怀疑定理更没有用,根据定义,定理是从公理推导出来的,所以只要承认公理,它们绝对正确。所以1+1=2与否对数学毫无影响。

如果现行的数学其实并不符合实际会不会影响人类文明?这谁也不知道。物理学是怎么做的?只要符合观测,我们就一直采用当前的理论,直到第一个反例出现。对于描述现实世界的数学,也是如此。你没有观察到一个苹果加一个苹果不等于两个苹果,所以我们认为现用数学符合观测。所以我认为这样的事情大概永远不会出现。而且,相当多的数学命题根本没有现实依托,根本没有从现实中证伪(指不合实际)的可能。

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