選擇公理
 

  其中一個為人熟識的不合乎常理的結果是「巴拿赫─塔斯基誖論」(Banach-Tarski Paradox),或稱「分球問題」。這個誖論可以說是違反了物理學定律,因為這個誖論說可以把一個單位球體(半徑為1)分成有限份,最少可分成五份,然後透過一些剛體運動,即旋轉和平移,再重新組合,不過在組合後,竟然成為兩個單位球體,也即是體積增加了一倍,而這個誖論的證明是必須利用到「選擇公理」的。也就是說,如果我們選擇接納「選擇公理」,則「巴拿赫─塔斯基誖論」便是一條定理,但現實中有這個可能嗎?

  這其實也是牽涉另一個數學概念──可測集合(Measurable Set)。「巴拿赫─塔斯基誖論」便是存在不可測集合的結果。如果我們接納「選擇公理」,則我們必須接納不可測集合。若我們不接納「選擇公理」,則可設所有集合皆是「勒貝格可測的」(Lebesgue Measurable),而這個假設也可能是較合乎常理。

  總括而言,「選擇公理」是一條十分爭議性的命題,一般的數學家都接受這條公理,因為可以從而得出很多有用的結果,反正使用這公理是沒有邏輯矛盾的。但對於邏輯家或集合論家來說,這是一個必須解決的問題,有些人會建議用較弱的「可數選擇公理」(Countable Choice)來代替,而確實有很多結果是可以利用可數選擇公理來證明的,不過這樣只是暫時回避問題,而且依然有些結果是必須用到「選擇公理」的。

  著名哲學家兼數學家羅素(Bertrand Russell)曾說過:「由無限對襪子中,每對選擇一隻出來的話,我們需要『選擇公理』,但如果換轉是鞋的話,那便不必了。」因為鞋是可以分左右的,襪子則兩隻沒甚麼分別,不知如何選擇。另外,如果只得有限對襪子,在邏輯上是可以不用「選擇公理」的。

  邦拿(Jerry Bona)也曾說過:「『選擇公理』明顯是正確的;『良序原理』明顯是不正確的;『佐思引理』又有誰可決定呢?」這個雖然是一個笑話,但從此可知道人的直覺並不一定跟從數學的思維。在數學上,這三個命題是等價的,但對於「選擇公理」,很多數學家也直覺它是正確的;對於「良序原理」,很多數學家也認為存在問題;對於「佐思引理」則複雜得很多數學家也不能單憑直覺作判斷。

羅素

  「選擇公理」確是一條謎樣的公理,雖然看似十分顯淺,但卻有奇妙的功能,甚至有超乎常理的結果。有些人對它投以信任一票,有些人則抱懷疑態度。有關這條公理的討論和研究,相信還會繼續,那便看看數學家如何把它解決。最後,網主用羅素的一句話作結束,他在談及「選擇公理」時曾說:

「起先它似乎是明白的;但你愈多思考它,由這公理得出的推論就好像變得愈奇怪;最後你完全不明白它的意思到底是甚麼了。」
   
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參考書目:
1. N. YA. Vilenkin著、李鍾蓀譯,《集的故事》,商務印書館,香港,1988。
2. K. T. Leung,Doris L. C. Chen,《Elementary Set Theory》,Hong Kong University Press,Hong Kong,1988。