数学史 · 中文镜像

数学家传记

库尔特·弗雷德里希·哥德尔Kurt Gödel

出生
1906年4月28日 奥匈帝国布尔诺(今捷克共和国布尔诺)
逝世
1978年1月14日 美国新泽西州普林斯顿

库尔特·弗雷德里希·哥德尔证明了关于公理系统的基本结果,表明在任何公理数学系统中,都存在无法在该系统公理内证明或证伪的命题。

完整传记

库尔特·弗雷德里希·哥德尔的父亲是Rudolf Gödel,其家族来自维也纳。鲁道夫年轻时没有接受高等教育,但他事业有成,成为布尔诺一家大型纺织公司的常务董事和部分所有者。哥德尔的母亲玛丽安·汉德舒来自莱茵兰,是古斯塔夫·汉德舒的女儿,后者也在布尔诺从事纺织业。鲁道夫比玛丽安大14岁,与鲁道夫不同,玛丽安受过文学教育,并在法国完成了部分学业。鲁道夫和玛丽安哥德尔有两个孩子,都是男孩。长子随父亲取名鲁道夫,幼子是哥德尔。

哥德尔的童年相当幸福。他非常依恋母亲,但母亲不在家时,他似乎相当胆怯和不安。他六岁时患了风湿热,但康复后生活一如往常。然而,他八岁时开始阅读关于他所患疾病的医学书籍,并了解到心脏虚弱是一种可能的并发症。尽管没有证据表明他确实心脏虚弱,哥德尔却确信自己如此,对健康的担忧成了他日常的忧虑。

哥德尔在布吕恩上学,于1923年完成学业。他的兄弟Rudolf说:-

甚至在中学时,我的兄弟就比我更为偏科,令他的老师和同学惊讶的是,到中学最后文理中学年时他已掌握了大学数学。……数学和语言远高于文学和历史。当时有传言说,在他整个中学期间,他的拉丁文作业不仅总是得最高分,而且他从未犯过一个语法错误。

哥德尔于1923年进入维也纳大学,仍未明确决定是专攻数学还是理论物理。他受教于菲利浦·富特文勒汉斯·哈恩威廉·维廷格卡尔·门格尔爱德华·赫吕等人。菲利浦·富特文勒的讲座对哥德尔影响最大,正因如此他决定以数学为主修。原因有二:菲利浦·富特文勒是一位杰出的数学家和教师,但此外他从颈部以下瘫痪,因此坐在轮椅上授课,由一名助手在黑板上书写。这会对任何学生产生很大影响,但对非常在意自身健康的哥德尔来说,这产生了重大影响。作为本科生,哥德尔参加了Schlick主持的一个研讨班,该研讨班研读伯特兰·罗素的书Introduction to mathematical philosophy。哥德尔的同学奥尔加·陶斯基-托德写道:-

逐渐变得明显的是,他会坚持逻辑,他将成为汉斯·哈恩的学生而不是Schlick的学生,他极具天赋。人们非常需要他的帮助。

1929年,他在汉斯·哈恩的指导下完成了学位论文,提交了一篇证明一阶函数演算完备性的论文。1930年,他成为维也纳大学的一名教员,并在那里一直属于逻辑实证主义学派,直到1938年。哥德尔的父亲于1929年去世,由于生前生意成功,家人经济上有了保障。丈夫去世后,哥德尔的母亲在维也纳购置了一套大公寓,两个儿子都和她住在那里。此时哥德尔的哥哥已是一名成功的放射科医生。我们上文提到,哥德尔的母亲受过文学教育,如今她得以享受维也纳的文化生活,尤其是看戏,由Rudolf和哥德尔陪同。

哥德尔最著名的是他证明了“哥德尔的不完备性定理”。1931年,他在Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme(《论〈数学原理〉及其相关系统中的形式不可判定命题》)中发表了这些结果。
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他证明了关于公理系统的基本结果,表明在任何公理化数学系统中,都存在无法在系统公理内证明或证伪的命题。特别是,公理的一致性无法证明。这结束了长达百年的试图建立公理以使整个数学建立在公理基础上的努力。一项重大尝试是伯特兰·罗素Principia Mathematica(1910-13)。另一项是大卫·希尔伯特的形式主义,受到哥德尔结果的严重打击。该定理并未摧毁形式主义的基本思想,但确实表明任何系统都必须比大卫·希尔伯特所设想的更全面。哥德尔的结果是20世纪数学的里程碑,表明数学并非如人们所相信的那样是一个已完成的对象。它还意味着计算机永远无法被编程来回答所有数学问题。

1931年,哥德尔在巴特埃尔斯特遇到了恩斯特·策梅洛。参加了同一次会议的奥尔加·陶斯基-托德写道:

恩斯特·策梅洛的问题在于,他觉得自己早已独立得出了哥德尔最受赞赏的那个结果。Scholz似乎认为事实确实如此,但恩斯特·策梅洛并未公布,也许永远不会公布。……恩斯特·策梅洛与哥德尔在巴特埃尔斯特的平和会面,并未成为两位逻辑学家之间科学友谊的开端。

他将关于不完备性的论文提交给维也纳大学,作为他的教授资格论文(Habilitation),该论文于1932年12月1日被汉斯·哈恩接受。1933年3月,哥德尔成为维也纳大学的编外讲师。

1933年是希特勒上台的那一年。起初这并未影响哥德尔在维也纳的生活;他对政治兴趣不大。1934年,哥德尔在普林斯顿做了一系列题为On undecidable propositions of formal mathematical systems的讲座。在奥斯瓦尔德·维布伦的建议下,刚在普林斯顿完成博士论文的克林记录了这些讲座,这些笔记后来得以出版。然而,哥德尔在回到欧洲时精神崩溃,从巴黎打电话给他的兄弟鲁道夫说自己病了。他接受了一位精神科医生的治疗,并在疗养院待了几个月,从抑郁中恢复。

尽管有健康问题,哥德尔的研究进展顺利,并于1935年证明了选择公理与集合论其他公理相容性的重要结果。然而,施利克的讨论班曾激起哥德尔对逻辑的兴趣,1936年施利克被一名国家社会主义学生谋杀后,哥德尔深受影响,再次精神崩溃。他的哥哥Rudolf写道:

这一事件无疑是我弟弟有一段时间经历严重精神危机的原因,这当然令人极为担忧,尤其对我母亲而言。他康复后不久,就收到了去美国担任客座教授的第一次邀请。

1938年夏天,他访问了哥廷根,并在那里就他的集合论研究作了演讲。他回到维也纳,于1938年秋天与Adele Porkert结婚。事实上,他于1927年在维也纳的Der Nachtfalter夜总会与她相识。她比哥德尔大六岁,曾结过婚,他的父母,尤其是他的父亲,反对他们结婚的想法。她并不是哥德尔的父母反对的第一个女孩,他上大学前后遇到的第一个女孩比他大十岁。

1938年3月,奥地利成为德国的一部分,但哥德尔对此不太感兴趣,生活基本照常。他第二次访问普林斯顿,在1938-39学年的第一学期在高等爱德华·斯图迪研究所度过。该学年的第二学期,他在圣母大学讲授了一门精彩的课程。在奥地利,大多数拥有privatdozent头衔的人在该国成为德国一部分后成为带薪讲师,但哥德尔没有,他于1939年9月25日提出的申请得到了不热情的回应。似乎有人认为他是犹太人,但事实上这完全错误,尽管他确实有许多犹太朋友。其他人也误以为他是犹太人,有一次他和妻子在维也纳外出散步时,一群年轻人以为他是犹太人而袭击了他。

战争开始时,哥德尔担心自己可能被征入德国军队。当然,他也确信自己健康状况太差,无法服役,但如果他被误认为犹太人,也可能被误认为健康人。他不愿冒这个险,经过长时间谈判获得美国签证后,他幸运地得以返回美国,尽管不得不途经俄罗斯和日本。他的妻子陪同他。

1940年,哥德尔抵达美国,1948年成为美国公民(事实上,他相信自己发现了美国宪法中的不一致之处,但法官在面试时更有理智,没有听信!)。1940年至1946年,他是高等斯图迪研究所的普通成员(持有每年续签的为期一年的任命),之后成为永久成员直至1953年。1953年起直至去世,他在普林斯顿担任讲席,持有的合同明确说明他没有教学任务。哥德尔在普林斯顿最亲密的朋友之一是阿尔伯特·爱因斯坦。他们彼此高度尊重,经常交谈。尚不清楚阿尔伯特·爱因斯坦在多大程度上影响了哥德尔研究相对论,但他确实对该主题有所贡献。

他于1951年获得阿尔伯特·爱因斯坦奖,1974年获得国家科学奖章。他是美国国家科学院成员、Royal Society会士、法国研究所成员、英国科学院院士以及伦敦数学会荣誉会员。然而,这充分说明了他对奥地利的感情:他拒绝了维也纳科学院院士资格,后来当选荣誉会员时再次拒绝这一荣誉。他还拒绝接受奥地利授予他的科学和艺术成就最高国家奖章。他无疑对自己的遭遇感到痛苦,但对其家人的遭遇同样如此。

哥德尔的母亲比他先离开维也纳,因为1937年她回到了布尔诺的别墅,在那里她公开批评国家社会主义政权。哥德尔的兄弟鲁道夫留在了维也纳,但到1944年两人都预计德国会战败,鲁道夫的母亲便到维也纳与他同住。根据战后奥地利人与捷克人谈判达成的条约,她只获得了布尔诺别墅价值的十分之一。这种不公令哥德尔极为愤怒;事实上,他总是把这类不公视为针对个人的,尽管有大量的人遭受着同样的待遇。

定居美国后,哥德尔再次做出了极其重要的工作。他的杰作Consistency of the axiom of choice and of the generalized 连续统假设 with the axioms of set theory(1940)是现代数学的经典。在其中他证明了,如果伯特兰·罗素阿尔弗雷德·诺思·怀特海Principia Mathematica中提出的那类集合论公理系统是一致的,那么当把选择公理和广义连续统假设加入该系统时,它仍将保持一致。这并未证明这些公理独立于集合论的其他公理,但当科恩于1963年最终确立这一点时,他正是基于哥德尔的这些想法。

随着岁月流逝,哥德尔对自身健康的担忧日益加剧。哥德尔的兄弟Rudolf是一名医生,因此下文由他提供的医学细节是准确的。他写道:-

我的兄弟对一切事物都有非常个人化且固定的看法,几乎无法被说服改变。不幸的是,他一生都相信自己在数学上,甚至在医学上,总是正确的,因此对医生来说,他是个非常难对付的病人。在十二指肠溃疡严重出血之后……余生中他坚持极其严格(过于严格?)的饮食,这导致他慢慢体重减轻。

哥德尔的妻子给予了他极大的支持,她做了很多来缓解困扰他的紧张情绪。然而,她自己也开始了健康问题,经历了两次中风和一次大手术。在他生命的最后阶段,哥德尔开始确信自己被人下毒,并拒绝进食以避免中毒,实质上绝食而死[3]:-

哥德尔身材瘦小,非常挑剔,晚年普遍担心自己的健康,没有广泛旅行或演讲。他没有博士生,但通过通信和与普林斯顿不断来访者的个人接触,许多人受益于他极其敏捷而敏锐的头脑。作为阿尔伯特·爱因斯坦冯·诺伊曼Morgenstern的朋友,他特别喜欢哲学讨论。

他去世了[18]:-

……1978年1月14日下午,他坐在普林斯顿医院病房的椅子上。

可以公允地说,哥德尔的思想改变了数学的进程[3]:-

……显然,他的思想富有成果,将继续激发新的工作。很少有数学家能获得这种不朽。

参考文献

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