Non DubitoA Mind in Many Languages
Search搜索搜尋
EN

A HUMAN HISTORY OF MATHEMATICS凿构周期律 · 数学鑿構週期律 · 數學 · 13 / 25

What Cannot Be Counted Out

数不完的东西

數不完的東西

Matching infinite collections changed the meaning of size—and exposed a disagreement about what mathematical existence demands.

把配对用来衡量无穷,康托尔改变了大小的问题,也暴露了关于存在与证明的分歧。

把配對用來衡量無窮,康托爾改變了大小的問題,也暴露了關於存在與證明的分歧。

Han Qin · Independent English edition秦汉 · 简繁中文与独立英文版秦漢 · 簡繁中文與獨立英文版

In this essay篇内目录篇內目錄
  1. 1. Seeing without believing
  2. 2. Counting and matching
  3. 3. Neither universal persecution nor universal agreement
  4. 4. The diagonal
  5. 5. What Kronecker wanted
  6. 6. Accusations and their evidence
  7. 7. Illness without a retrospective diagnosis
  8. 8. What existence asks of us
  1. 一 我看见了,却不相信
  2. 二 数得完和数不完
  3. 三 不是他一个人的事
  4. 四 对角线
  5. 五 克罗内克要的是什么
  6. 六 那些指控
  7. 七 病
  8. 八 存在是什么意思
  1. 一 我看見了,卻不相信
  2. 二 數得完和數不完
  3. 三 不是他一個人的事
  4. 四 對角線
  5. 五 克羅內克要的是什麼
  6. 六 那些指控
  7. 七 病
  8. 八 存在是什麼意思

1. Seeing without believing

On June 29, 1877, Georg Cantor wrote to Richard Dedekind about a result he found difficult to absorb. He was thirty-two, teaching at Halle, and had overturned not another mathematician's theorem but an expectation of his own. The points of a line segment could be matched one to one with the points of a square. Every point on either side would have exactly one partner; nothing would be left over.

The square has an extra dimension. It seems to contain vastly more room, and with the room, more points. Yet room and cardinality are different measures. If size means the possibility of a one-to-one correspondence, the segment and square have the same size. Cantor wanted Dedekind to examine the argument before he could feel settled about it.

In a German letter he inserted the famous French sentence, usually translated as I see it, but I do not believe it. The change of language is an observable feature of the document. A story about why he changed languages would be a psychological inference. Three days later Dedekind replied that he had found no flaw and offered congratulations. The exchange was a colleague asking another colleague to check something startling, not necessarily a philosopher declaring that proof could never overcome belief.

Dedekind also recognized the importance of continuity. The pairing could not preserve the relevant continuous geometric structure. In modern terms, an interval and a square are not homeomorphic, even though a bijection exists between their point sets. This does not mean that every pair of nearby points must be sent far apart. It means that no such bijection can provide the continuous equivalence needed to identify their dimensions.

The result therefore did not abolish the difference between one and two dimensions. It showed that cardinality alone cannot define dimension. A geometrical intuition had bundled together two properties—how many points and how those points are arranged—that a precise correspondence separated.

The method itself was old. A shepherd can compare two flocks by pairing animals without assigning each flock a numeral. Nothing mysterious happens when both flocks are finite. Cantor's project asked what happens when the same criterion is applied to collections whose members cannot be counted to an end.

The consequences eventually became widely accepted within classical mathematics. The methods and the conception of infinite totalities remained controversial. We should not say that no one disputed any particular result; there were technical debates too. But the deepest conflict was not always over a step inside a proof. It concerned which objects and which forms of reasoning mathematics should permit in the first place.

2. Counting and matching

To compare two finite piles, one may count each pile and compare the totals. Alternatively, pair their members. If both are exhausted together, their sizes agree; if one has leftovers after the other is exhausted, it is larger. The second procedure does not require us to know either total beforehand. Its infinite extension replaces a completed physical pairing process with a rule specifying the correspondence.

Pair each positive integer n with the even number 2n. Every positive integer receives one even partner, and every positive even number appears. Under the correspondence criterion the two collections are equally numerous, although the evens form a proper part of the positive integers. The finite principle that a whole must contain more members than any proper part no longer characterizes cardinality in the infinite case.

Galileo had discussed comparable phenomena long before Cantor, notably the matching of integers with squares. He treated them as a reason to withhold ordinary comparisons of greater, less, and equal from infinite collections. Cantor treated the same difficulty as an invitation to specify a new theory of comparison. What had looked like a warning to stop could become a direction in which to proceed.

A collection is countable in the relevant sense if its members can be put into a sequence indexed by the positive integers, with none omitted. This does not mean that a person can finish reciting the list. It means that each member receives a finite position under a specified enumeration. Cantor then asked whether every infinite collection was listable in this way.

His 1874 paper answered no. It established that the real algebraic numbers—the real roots of nonzero polynomials with integer coefficients—are countable. It also showed that, given any sequence of real numbers and an interval, one can obtain a real number in that interval not in the sequence. The paper's title emphasized the algebraic numbers, while a note drew out the nonenumerability of the real continuum.

The correspondence with Dedekind records advice from Weierstrass about keeping that note out of the initial submitted text and adding it at proof stage. Cantor referred to local circumstances without fully spelling out their role. That evidence supports a cautious account of publication strategy, not an invented editorial order whose exact motive we can read from someone's mind. The original article is catalogued by Mathdoc.

The mathematical consequences must be stated carefully. Since the algebraic reals form a list and the reals cannot all form a list, transcendental reals exist. But Cantor's original proof was not merely a declaration that some unnamed object must be somewhere. Its nested-interval procedure actually specifies how to escape a supplied enumeration. Applied to an enumeration of algebraic reals, it can be used to construct a transcendental real.

This corrects a persistent simplification of the history. A bare cardinality comparison can be presented as an existence argument without displaying a familiar decimal. That presentation should not replace the constructive content of Cantor's published method. Not having a short closed formula for a number is not the same as having no rule that determines it. Robert Gray's research specifically examined this distinction.

The 1874 method also was not diagonalization. It selects successively nested intervals while excluding entries from the proposed list and uses the completeness of the real numbers to obtain an omitted value. The 1891 diagonal method came seventeen years later and had a different scope and mechanism. Textbooks often teach the later proof first; historical writing should not give it the earlier date.

Dedekind contributed materially to the discussion and to the countability argument during their late-1873 correspondence. Cantor privately thanked him, but the printed paper did not acknowledge him. Their correspondence then lapsed until October 1876. The sequence of events is clear; making one definite motive the cause of every month of silence goes beyond it. Dedekind's contribution to the first result must be recognized without transferring Cantor's well-supported discovery of uncountability to someone else.

3. Neither universal persecution nor universal agreement

The popular story often places Cantor alone against the whole mathematical establishment. That is not the institutional record. Nor is the opposite simplification correct, in which everyone welcomed his work except one unreasonable enemy. Different parts of the project were received differently, at different times, for different reasons.

Some of his early point-set methods entered analysis relatively quickly during the 1870s. His 1883 Foundations of a General Theory of Manifolds received favorable attention as well as resistance. By the 1890s, set-theoretic language associated with Cantor and Dedekind was spreading among a younger generation. Acceptance of a useful technique did not necessarily imply agreement with every claim about transfinite numbers.

Cantor helped establish the German Mathematical Society in 1890–1891 and became its first president. His major papers of 1895 and 1897 appeared in Mathematische Annalen, an important journal associated with Klein. An account that makes him professionally expelled from mathematics throughout the 1890s cannot accommodate these facts. His ideas were contested, but they were institutionally visible and increasingly consequential.

Objections also differed in substance. Some mathematicians rejected completed infinite totalities as legitimate objects. Some distrusted existence arguments not accompanied by acceptable constructions. Others did not think the work false but found transfinite ordinals too remote from current problems to deserve much attention. Disagreement about foundations, doubt about usefulness, and editorial concern about exposition are not interchangeable attitudes.

Gösta Mittag-Leffler is especially inconvenient for a simple division between supporters and persecutors. He provided Cantor with an international platform and was an important ally. Around 1885 he also urged Cantor not to publish a particularly abstract manuscript, judging that its audience was not ready and that publication might damage his career. Cantor reacted badly and withdrew from the journal's circle.

An editor can admire a mathematician's program and still regard one paper as ill-timed or unreadable for the available audience. Whether the judgment was wise is a separate question from whether it was philosophical hostility. The episode belongs to the ordinary complexity of academic support: making a platform available and advising someone not to use it for a particular piece can coexist.

Theories spread through such judgments, alliances, teaching practices, and publication opportunities. These do not determine whether a theorem is valid. They do shape whether its validity matters to people who have not yet learned why they should study it. The previous chapters' distinction between publication and acceptance continues here, but without the implication that Cantor's work remained permanently outside the profession.

4. The diagonal

In 1891 Cantor published the argument now called diagonalization. Imagine an infinite sequence in which each position contains one of two symbols, A or B. Someone claims to have listed every possible such sequence: a first row, a second row, a third, and so on. We shall use the claimed list to specify a new sequence.

Inspect the first symbol of the first row. Put the opposite symbol in the first position of the new sequence. Inspect the second symbol of the second row, and put its opposite in the second position. Continue with the third symbol of the third row and, in general, the nth symbol of the nth row. Every position of the new sequence has a definite rule.

The result cannot equal row one because it differs at position one. It cannot equal row two because it differs at position two. For any row n, it differs at position n. Consequently, it occurs nowhere on the list. The list may contain infinitely many entries, but it does not contain all the sequences of the stipulated kind.

The procedure does identify an omitted sequence relative to the given list. Its strength is not that it declines to say which sequence is missing. Its strength is that the alleged enumeration supplies exactly the information needed to manufacture its own counterexample. No completion of an infinite physical inspection is required: the rule works for an arbitrary finite index.

Using binary symbol sequences also avoids the ambiguity of decimal expansions such as 0.999… and 1.000…. A decimal version can be made correct by choosing digits carefully, but it needs that extra precaution. Cantor's argument need not begin as a claim about decimal representations of real numbers at all.

The idea extends beyond countable lists. Suppose a function F assigns to every member x of a set X a subset F(x) of X. Define D to consist of those x that do not belong to F(x). D cannot equal F(a) for any a in X: membership of a in D would, by definition, be equivalent to its nonmembership in F(a).

Thus no function from X onto its full power set can be surjective. Since X injects into its power set by sending each element to its singleton, the power set has strictly greater cardinality. The generalized proof is indexed by X itself; it does not assume that every arbitrary set can first be arranged into numbered rows. That distinction is essential when moving from the introductory diagonal picture to the full theorem.

There is therefore no largest set cardinality. Given a set, its power set is larger. Infinity is not one undifferentiated size but a hierarchy that can always be extended. This does not mean that the collection of all cardinalities is itself a set with a greatest member, and it should not invite us to form an unrestricted set of everything. The later foundational crisis will make that danger explicit.

Like earlier reductio arguments, diagonalization accepts an opponent's proposed arrangement and derives something that arrangement cannot accommodate. Yet it also has a direct constructive component: the diagonal object is defined from the proposed map. It cannot accurately be recruited as a generic illustration of all the allegedly nonconstructive features to which opponents of set theory objected.

5. What Kronecker wanted

Begin by deleting the sentence that Leopold Kronecker simply hated infinity. His program sought to ground mathematics in integers and in finite, explicit procedures. Fractions, algebraic numbers, and analytic objects were to be controlled through arithmetical relations rather than accepted on the authority of unrestricted infinite totalities. The disagreement concerned what constitutes legitimate mathematical knowledge, not merely an emotional reaction to a large symbol.

The familiar saying that God made the integers while everything else is human work comes to us through Heinrich Weber's memorial article of 1893. Kronecker died at the end of 1891, so this is a near-contemporary recollection, but not a surviving transcript of the often-mentioned 1886 occasion. The source presents a mathematical outlook; it should not be converted into a fully documented scene of sudden religious pronouncement.

For such an outlook, an existence claim calls for an acceptable finite specification or procedure. Classical mathematics more freely permits proofs that excluding an object would contradict accepted assumptions. Those are genuinely different demands. But they should not be illustrated by falsely stripping Cantor's 1874 interval argument of its construction or by treating diagonalization as necessarily nonconstructive.

A more accurate statement of the conflict concerns the background objects and the range of permitted operations. What licenses speaking of all real numbers or all subsets as completed collections? What counts as determining an individual object? Does a construction operate through finitely described rules on acceptable data, and what infinite existence assumptions does it use? Agreement about a local proof can coexist with disagreement about the setting in which that proof is performed.

A household analogy gives the initial intuition. If someone says there is a screwdriver in a cabinet, asking them to produce it is ordinary, not hostile. But the analogy has limits. A real number generally cannot be handed over by listing all its digits in finitely many seconds; even familiar numbers require rules, definitions, or approximation procedures. Constructivity is not the demand that every infinite object be physically finished.

Nor should Kronecker be presented as a fully formed twentieth-century constructivist. His own practice was not a perfectly uniform implementation of a later prohibition list, and some of his analytic work used traditional techniques. What survives is a strong arithmetical methodological program, not an already complete modern formal system deciding every acceptable proof.

The previous chapter's history of arithmetization matters here. An early use of the term belonged to Kronecker, although later historians applied it to developments some of whose infinite constructions he resisted. The shared word did not remove the disagreement. It could conceal it by making different programs look like components of one harmonious movement.

We can therefore recognize a serious foundational conflict without accepting every story told about its protagonists. Cantor's results did not make Kronecker's preferred standards self-contradictory simply by existing. Kronecker's standards did not refute results proved under different, explicitly accepted assumptions. The task is to identify the assumptions and demands, not to replace the conflict with a contest between open-mindedness and stubbornness.

6. Accusations and their evidence

Claims that Kronecker suppressed Cantor vary sharply in evidential strength. One relatively clear episode concerns a paper submitted on July 12, 1877. By November it had not appeared; Cantor complained to Dedekind and considered withdrawing it. Dedekind advised against that course. The paper eventually appeared in the volume conventionally dated 1878. Submission, delay, frustration, and contemplated withdrawal are documented.

Responsibility for the delay is harder to fix. Historians have judged Kronecker's influence a probable factor because of his position in Berlin mathematical networks and his connection with the journal. That is an inference from circumstances and correspondence, not a surviving instruction in which he orders the paper held. The degree of certainty should be visible in the wording.

A common formulation also assigns him the wrong editorial office. In 1877 he was not the journal's named chief editor; Borchardt held that role until 1880. Kronecker appeared as an editor from 1881 and later became sole editor in 1889. Informal influence may be substantial, but it should not be turned into a formal position held at a date when someone else occupied it.

Broader accusations require their own evidence. He did not prevent Cantor from publishing in every major German journal; the publication record disproves that. Claims that he vetoed every possible promotion need appointment records, not deduction from their mathematical disagreement. A hostile relationship cannot serve as an all-purpose explanation for every professional disappointment.

The supposed direct insult corrupter of youth has a particularly instructive transmission. Arthur Schoenflies's 1927 discussion described the impression created by Kronecker's attitude—as though Cantor, as researcher and teacher, were corrupting the young. That is not the same as recording Kronecker uttering those words. It is also a retrospective interpretation written decades after his death.

Later English biographies compressed such judgments into descriptions of what Kronecker supposedly thought and then into quotation-like insults. Bell's influential 1937 book again helped sharpen a complicated history into a personal drama, much as it had in the Galois story. An interpreter's summary can acquire quotation marks after enough repetitions, even though no original speech has been recovered.

The picture of lifelong personal warfare also misses a reconciliation. After Cantor's serious illness in the summer of 1884, he wrote that avoidable friction had affected his condition and took steps to restore relations with Kronecker. The reply was courteous and humane, and the private relationship improved. Their mathematical disagreements did not disappear, but disagreement no longer entailed permanent personal silence.

These qualifications do not establish that no obstruction occurred or that professional conflict was harmless. They establish that accusation must be proportionate to documentation. The more vivid version is not automatically the more truthful one, and a historian cannot repair one injustice by manufacturing certainty about another person's motives.

7. Illness without a retrospective diagnosis

Evidence about Cantor's health must be handled with particular care. We can report dated statements by Cantor and contemporaries, university records of leave, documented periods of treatment, and the terminology later physicians used. We cannot responsibly supply a new diagnosis from his mathematics or reduce a complex illness to one quarrel occurring nearby in time.

The early summer of 1884 marks the first clearly documented severe episode. On June 21 he wrote to Mittag-Leffler about his poor condition and lack of the mental freshness needed for scientific work. Recovery from that episode was comparatively rapid. The chronology of the crisis is firmer than every frequently repeated claim about precise hospital admission and discharge dates.

University administrative records become particularly informative around 1899–1900, when officials described a serious health crisis. Teaching records show leave during several subsequent winter terms and further leave between 1911 and 1913. Retirement came in the summer of 1913. Leave from teaching is not identical to continuous hospitalization; one category of documentation should not silently become the other.

The record also resists the image of a man who had wholly disappeared from academic life decades earlier. His last course was analytical mechanics in the winter term of 1910–1911. He remained involved in faculty affairs after retirement, with a signature on a faculty document as late as May 16, 1914. Illness and continued participation could coexist.

Schoenflies's 1927 account is an important early source for linking the long conflict with Kronecker and the struggle over the continuum problem to Cantor's distress. Yet it also explicitly rejected laying the entire blame for the 1884 depression on Kronecker. Later stories often retained the proposed contribution of conflict while dropping the warning against a total explanation.

Bell's popular account strengthened a dramatic psychological biography involving professional antagonism, family relations, and identity. Later historians criticized its reliability. In the absence of equally readable alternatives, however, the story traveled widely. Readability and evidential strength are independent properties, and historical memory often rewards the first before it tests the second.

Two corrections must be held together. Cantor himself associated friction with his condition in 1884; it would be unwarranted to insist that conflict had no effect. But neither his testimony nor the temporal proximity establishes conflict as the sole cause of recurrent illness. Later medical recollections and periods of recovery complicate the simple persecution narrative rather than authorizing a new definitive diagnosis.

One particularly revealing account says that his longtime physician encouraged mathematical work during illness because it could calm him and help recovery. That does not prove mathematics was always beneficial. It does undermine the literary assumption that thinking too deeply about infinity straightforwardly drove him out of his mind. The content of an investigation is not a clinical explanation.

Restraint here is not merely politeness toward historical reputations. A claim that one man drove another mad changes the meaning of the whole chapter. It replaces a conflict between mathematical standards with a moral melodrama and treats illness as the plot's verdict. The standards remain worth understanding even after the drama has been set aside.

8. What existence asks of us

In 1900 Hilbert placed the continuum problem first on his famous list of mathematical problems presented in Paris. The question had moved from Cantor's personal program to a central item on an international research agenda. Hilbert's later defense of the paradise Cantor had created expressed allegiance to a powerful body of mathematics, not a declaration that foundational controversy had ended.

A defense remains a defense because something is contested. Set-theoretic methods were already widely used, and leading mathematicians still disagreed about their justification. The arguments would continue under new names and with new participants: intuitionism, formalism, proof theory, and the search for foundations. Institutional success did not dissolve the philosophical problem.

Return to the two meanings often hidden inside an existence claim. One demand is that an object follow from accepted axioms and rules of inference. Another asks for a construction with specified computational or evidential properties. In many familiar cases the same proof satisfies both demands, so their difference remains invisible. In other cases it becomes the center of the dispute.

The original 1874 paper must not be made into a false parable of that difference. Cantor's interval method can determine an omitted number and can be applied to an enumeration of algebraic numbers. Its novelty is not that it offers absolutely no construction. A more accurate lesson is that cardinal comparison, constructive specification, and acceptance of completed infinite collections are distinct questions that later retellings too readily collapse.

Likewise, diagonalization does more than say that a list must fail somewhere. It specifies a witness against the proposed list. The fact that this witness depends on an infinite sequence raises questions about the domain and available data, but does not erase the construction. Foundational analysis becomes more interesting, not less, when the actual mechanism of the proof is preserved.

Everyday examples make production seem the natural test of being there. A pen in a drawer, milk in a refrigerator, or a sentence in a book can usually be produced for inspection. Mathematics asks us to extend existence language beyond that practical setting. How far the extension should go cannot be settled merely by repeating the everyday word more confidently.

It would nevertheless be too strong to say that proofs have nothing to contribute to choosing a meaning. Mathematicians can prove relationships between formulations, demonstrate that one principle implies another, exhibit algorithms or impossibility results, and compare the consequences of rival frameworks. What a proof cannot do without further assumptions is compel every participant to accept the same foundational standard solely because it is called existence.

Cantor's work made infinite size mathematically productive. It also made disagreements about legitimate objects harder to conceal inside ordinary language. The dispute was neither a refutation of all his theorems nor a misunderstanding cured by one final lecture. It concerned what one is entitled to assume before proving anything and what kind of result counts as having supplied an object. Those questions would return with a much longer front line. Mathematics went on, and the meaning of doing mathematics remained open to argument.

一 我看见了,却不相信

1877年六月二十九日,康托尔给戴德金写了一封信。他刚刚证明了一件事,而这件事让他自己坐不住。

他当时三十二岁,在哈雷大学教书,而他要说的这件事推翻的不是别人的定理,是他自己原来的想法。

一条线段上的点,和一个正方形里的点,可以一个对一个地配起来。每一个线段上的点配一个正方形里的点,每一个正方形里的点也都被配到,不多不少。正方形比线段多一个维度。它看起来应该装着多得多的点。

而在能不能配对这个意义上,它们一样多。

康托尔在信里说,这个结果如此出乎意料,如此新奇,以至于在戴德金对它的正确性作出判断以前,他几乎没法重新安定下来。然后是那句后来被引用了无数次的法语:我看见它,但我不相信它。

这句话是用法语写的,而那封信的其余部分是德文。信中在这里换用了法语;至于为什么换语言,仅凭这一句不能确定。三天后戴德金回信,说自己检查过论证,没有找到漏洞,并且向他祝贺。这句话常被讲成一个哲学姿态:一个人证出了某件事,却在心里拒绝承认。

它的实际处境比这平常,也比这真实。那是一封请同行帮忙核验的私人信,写信的人刚做完一件自己都觉得可疑的事,想找个人说一句你再看看。

戴德金还立刻看出了真正的要害。这样的配对不可能同时保住连续性,你没法让线段上挨着的两个点,配到正方形里也挨着的两个点。

所以点一样多这件事,并没有抹掉一维和二维的差别。它说明的是另一件事:光靠能不能配对,定义不出维度。

这一篇要讲的,就是配对这件事被用来量无穷之后发生了什么。

而更值得看的是后来发生的事:这套办法让他得到了一批没有人能反驳的结论,而同时有人认为他用来得到这些结论的方式本身就不该被允许。

争的不是结论对不对。

争的是怎么算证明了一件事。

而配对这个办法本身一点也不稀奇。它是牧人清点羊群时就在用的东西:不数,只看有没有剩下。第一篇里那些用不同符号数不同东西的书吏,用的也是它。奇怪的是把它用在数不完的东西上会出什么结果。

二 数得完和数不完

要讲清楚,得先把一个日常的动作拆开。

两堆东西哪一堆多,通常的办法是各数一遍再比。但还有一个更原始的办法,不需要数:从这一堆拿一个,从那一堆拿一个,配成一对,拿掉。再拿一对,再拿掉。如果两堆同时拿空,就一样多。如果一堆先空了,另一堆还剩,那一堆就多。这个办法有一个好处:它不需要知道每一堆到底有几个。

于是它可以用在数不完的东西上。

自然数一个接一个,数不完。偶数也数不完。按日常的直觉,偶数只占自然数的一半,应该少。

但按配对的办法:一配二,二配四,三配六,一直配下去。每一个自然数都配到一个偶数,每一个偶数也都被配到。两边都不剩。所以一样多。

这个结论在康托尔之前就有人注意到,而且通常被当作一个提醒:无穷这个东西不能拿日常的多少去套,套了就出笑话。伽利略两百多年前就写过这类情形。他的结论是:多,少,相等这几个词,对无穷的东西根本不适用。也就是说,前人把这当成一个信号:到此为止,别再往前问了。康托尔做的事情是把这个提醒反过来用。他把停车牌当成了路标。

前人说到此为止,他问的是:那么越过去会看见什么。

既然配对是一个不需要数完就能用的办法,那就用它。凡是能和自然数配起来的,算作同一种多。这一类他称为可以排成一列的,能给它们编上一号二号三号,一个不漏。然后他问了一个此前没有人认真问过的问题:有没有哪一堆东西,连排成一列都做不到。1874年,他发表了一篇论文,回答是有。

那篇文章其实证了两件事。第一件是所有的实代数数,也就是能当某个整系数方程的根的那些数,可以排成一列。第二件是:任给一列实数,总有实数不在这一列里。文章的题目只提了第一件,意思是论所有实代数数的集合的一个性质。实数排不成一列这句最直白的话,印出来只是引言末尾的一处附注。魏尔斯特拉斯劝他别把它写进投出去的稿子,又说等到看校样的时候,可以作为附注加上去,他照做了。他给戴德金写信说,发表出来的版本有所限制,一部分是因为当地的情形。是什么情形,他没有说。

两件合起来立刻得到:存在不是任何整系数方程的根的实数,而且不是偶然有那么一个,是实数整体在这里显出了和一列东西不同的大小。这个推法值得看清楚,因为它是后面所有争论的种子。

把两条结果合起来,可以用大小比较推出超越数存在。但1874年原论文本身还给出了从任意实数列构造漏列实数的套叠区间办法;用于代数实数的枚举时,它能确定一个超越数,不能把它说成全无构造的存在证明。这里要纠一个流行的时间错位。1874年那个证明不是后来著名的对角线。

他用的是一种套叠区间的办法。假定有人给出一张无穷长的实数名单。在一个区间里,按名单挑出合适的两个数当新的左右端点,得到一个更小的区间。在这个更小的区间里再挑,再缩小,一直做下去。这一串越套越深的区间最后逼出来的那个位置,不可能在原来那张名单上。这个论证要用到实数的连续性,而不是后来那种逐位改数字的手法。

两个证明相差十七年,而且思路完全不同。后来的教材常常把1891年那个方法安到1874年那篇论文上,于是一个人两次不同的工作被压成了一件事。

还有一件事,近年的材料让它更清楚了。1873年底康托尔与戴德金往来密切,而代数数可以排成一列这一部分,戴德金有实质贡献。康托尔当时私下写信谢他,说他的意见和他摆出几处要点的方式帮了大忙。印出来的文章里没有戴德金的名字。此后戴德金不再回他的信,两个人的通信断了将近三年,到1876年十月才接上。

所以这件事分两层:第一个定理的证明里有戴德金的份。而实数排不成一列这第二个定理,证据仍然很强地归在康托尔本人名下。

三 不是他一个人的事

后来的通俗叙述里,这段历史常被写成一个人对抗整个数学界。

两种极端都不对。说数学界一致把他当疯子,不对。说只有克罗内克一个人在反对,也不对。接受是分层发生的。

他较早那些关于点集的方法很快就进了分析研究, 1870年代已经有人在用。1883年他那部关于流形论基础的书出版之后,有人给出过相当积极的评论。到1890年代,他和戴德金那一路的集合语言开始在新一代数学里扩散。

1890年到1891年,他参与创建德国数学家协会,并当了第一任主席。1895年和1897年,他最后两篇重要的集合论论文发表在当时最有分量的数学期刊之一上,主编是克莱因。

所以1890年代康托尔被专业数学界放逐,不符合制度事实。更准确的是:他的核心观念仍然有争议,但已经不能被当作边缘怪论忽略掉。而反对也不是纯情绪。

有人反对的是把已经完成的无限总体当作合法的数学对象,也反对那种不给出东西的存在证明,这一条下面要专门讲。另一些人并不认为他错,只是觉得这些超限的研究太抽象,看不出眼下有什么用。对当时大多数人来说,最初那些超限的序数很像没有用处的思辨。有一个人特别能破坏支持与迫害这种二分法。

米塔-列夫勒是他重要的支持者,给他的工作提供了一个国际平台。而到1885年前后,这位支持者劝他不要发表某一篇极其抽象的稿子,大意是这种东西也许早了一百年,现在拿出来反而会伤害他的事业。康托尔非常不高兴,此后疏远了那份刊物。这不是哲学上的反对。这更像一个编辑的判断:关于读者能不能读懂,关于时机。

一个人可以同时是你最重要的支持者,和劝你把最好的东西收起来的人。

这句话比支持与迫害那种二分法更接近真实的学术生活。一个人愿意为你的工作提供平台,和这个人觉得你某一篇太远了读者跟不上,完全可以同时成立。

四 对角线

1891年,康托尔发表了另一个证明。这一个后来被叫作对角线法,而且它比1874年那个简单得多,也一般得多。不用任何符号就能把它走完。

先设想一种东西:无限长的两选一序列。每一个位置上只有两种可能,记作甲或者乙。这种序列有无限多个位置,每个位置二选一。

现在假定有人拿来一张清单,声称上面列出了全部这样的序列,一号,二号,三号,一直排下去,一个不漏。

看第一行的第一个位置。它写的是甲,就把新序列的第一个位置写成乙。它写的是乙,就写成甲。再看第二行的第二个位置,同样取相反的那一个。

第三行的第三个位置,第四行的第四个位置,一直这样走下去。

现在看造出来的这个新序列。

它不可能是第一行,因为第一个位置就不一样。不可能是第二行,因为第二个位置不一样。不可能是第三行,因为第三个位置不一样。对清单上任意一行,都不一样。

所以那张清单声称自己列全了,这句话是假的。

而这个论证不针对实数。它针对的是任何一个集合上的二选一,也就是说,那个集合的所有子集合在一起。结论是:对任何一个集合,总能造出一个严格更大的集合。今天的教材常常把它写成改实数的小数位,那是一个方便的后来版本,不是1891年原文唯一的形态。这个论证最漂亮的地方不在于它证出了什么,在于它怎么用对方的东西反过来对付对方。

它不需要预先猜测清单漏了哪一个,而是利用清单本身明确规定一个漏列对象。你给我几行,我就用几行。你给多少,我就取多少。清单越完整,那个新序列造得越顺。

这是它比1874年那个证明更有力的地方。那一个要用到实数的性质,只能用在实数上。这个可数版本只需要按行编号的清单;推广到任意集合时,则从该集合到其幂集的任意映射出发,构造由那些不属于自身像的元素组成的子集。

这样才能得到任意集合的幂集都严格更大的结论。

而这就是它最后落到的地方。对任何一个集合,总能造出一个更大的。于是没有最大的那一个。

无穷不是一个数量,是一串永远往上的台阶。

第一篇里那个奇偶反证,第四篇里那个双重反证,和这里是同一族。都是先接受对方的假设,然后让这个假设自己走到一个待不下去的地方。

五 克罗内克要的是什么

要理解这场争论,最好先把他讨厌无穷这句话删掉。克罗内克的计划是:尽可能把数学还原到整数的运算,以及有限的,明确的,可以执行的程序。在他看来,真正基础的对象是整数。分数,代数数,乃至分析里的对象,都应该通过整数上的算术关系得到控制。

而所谓一个东西存在,不能只靠反证法说明它不存在会矛盾。最好能给出一个有限的办法,把那个东西实际造出来。有一句德语常被当作他的招牌:整数是上帝造的,其余都是人的工作。

这句话的出处只有一条线。能追到的最早印刷见证不是他自己发表的论文,是1893年韦伯在他去世后写的纪念文章。他1891年底去世,所以这是一个很近的同代人回忆,但仍然不是现场速记。

流行版本常把这句话安置在1886年的某一次演讲上。这个归属可能有根据,但在找到他本人1886年的讲稿之前,这一层不该和1893年那个印刷见证混为一档。而韦伯写这句话的时候,不是在描述一个人忽然发表宗教格言。他是在概括一套数学纲领。

现在可以看清楚冲突在哪里了。

把可数性与不可数性合起来,可以得到一个经典的存在论证;但这不是1874年原论文全部内容,其中的区间程序也能用于确定超越数。克罗内克与康托尔的分歧因此不能简化为这一证明完全不构造对象,而应放在完成的无穷总体、有限程序与更广的存在标准之争中理解。

所以这不是一个人不肯接受新东西。这是两种关于存在是什么意思的说法,撞在了同一个定理上。

而且两种说法各自都讲得通。一个说:我证明了它不可能不在,所以它在。另一个说:你说它在,那就指给我看。在日常生活里,第二种要求一点也不苛刻。

你说柜子里有把螺丝刀,我让你拿出来。这不叫为难人。

也不该把克罗内克包装成后来构造主义的先知。他自己的研究并不总是百分之百贯彻这条标准,他的分析工作也用过传统的工具。他留下的更像一套算术化的方法论纲领,不是一份禁令清单。

上一篇讲过,算术化这个词最早可追踪的用法就出自他1887年的一篇文章。而后世用这个词概括的那一大堆东西,恰恰是他反对的。

六 那些指控

关于克罗内克压制康托尔,流传着一串说法。逐条看,硬度差得很远。最扎实的一件是1877年那次延误。

那一年七月十二日,康托尔把一篇稿子送给一份柏林的数学期刊。到十一月还没有刊出,他在给戴德金的信里非常不满,一度想把稿子撤回去另找地方。戴德金劝他别这么做。文章最后印在通常标为1878年的那一卷上。投稿,长期等待,想撤稿,这条链是清楚的。

但是谁造成的延误,就没有这么清楚。

研究过这段档案的人用的措辞是:延误很可能与克罗内克有关,因为他在那个刊物的编辑圈里影响很大。也就是说,这是根据人脉,立场和别的材料作出的历史判断,而不是一份写着我决定扣下此稿的文件。

还有一个硬事实,流行传记经常写错。1877年克罗内克并不是那份期刊名义上的编辑。当时的正式主编另有其人,一直做到1880年。克罗内克要到1881年才列名编辑, 1889年以后才独任。

所以克罗内克作为主编在1877年压下了康托尔的论文,这个句式是错的。能写的只有:他在柏林数学圈和那份期刊里有很强的影响力,有理由怀疑他的反对影响了处理,而正式的决定权当时不在他手上。

再往外,证据迅速变薄。说他控制德国所有期刊不让康托尔发表,显然不成立,康托尔随后在别的重要期刊上大量发表。说他一票否决了康托尔所有的升迁,要作为制度事实使用,必须另有任命委员会的档案,不能从两人的数学冲突倒推。而最值得单独拆开的,是那句流传最广的话。大众版本说:克罗内克亲口把康托尔叫作青年腐蚀者。

能追到的关键来源是1927年舍恩弗利斯的一篇文章。而他写的意思不是克罗内克说康托尔是青年腐蚀者。他的原话大意是:说克罗内克的态度必然给人一种印象,仿佛康托尔作为研究者和教师是在腐蚀青年,并不过分。差别极大。

第一, 1927年距克罗内克去世已经三十六年,距那场冲突约四十年。

第二,原句说的是他的态度给人这种印象,不是转述一段现场的辱骂。

后来有影响的英文传记在开头把克罗内克概括成认为康托尔是科学骗子,叛徒,青年腐蚀者。再经过百科和通俗读物反复引用,最后一个词逐渐变成了一句带引号的克罗内克原话。这个过程在第十篇里已经见过一次,形态一样:有人先做了一个概括,后来的人把概括里的疑问号取消了。

两次的时间差也相近。那一次是1896年的档案传记里长出一个文学化的场面, 1937年被取消疑问号。这一次是1927年的一句印象,同样在1937年那本书里变成了引语。同一本书,两次同样的动作。还有一件事,是那种终身不共戴天的叙事完全容不下的。

1884年夏天康托尔第一次严重患病之后,他自己一度把身体和情绪的低落同摩擦联系起来。八月十八日他给米塔-列夫勒写信说,让自己不适的不是艰苦的工作,而是本来可以避免的摩擦。随后他决定和克罗内克和解,并且写了信。档案显示,克罗内克的回信措辞得体,有人情味。两人的私人关系由此恢复到令人满意的程度。

数学上的分歧没有消失。但1884年以后,两个人并不处于私人断交的状态。分歧留在纸上,没有变成不说话。

七 病

能说的和不能说的,在这一节里差得很远。

能说的有四类:他本人或者同时代人明确记录到病情的时间。大学档案记录病假的时间。有可信材料记录住院的时间。以及后来的治疗者和历史学家用过什么术语。

不能做的有三件:不拿今天的诊断标准给一个死者下诊断。不从作品内容反推疾病。不把一个外部事件和一次精神危机时间挨得近,直接写成病因。按这个口径,材料是这样的。

1884年初夏是第一次有明确记录的严重发作。六月二十一日他给米塔-列夫勒写信,说自己此前状态不好,眼下缺少从事科学工作的精神清新。这一轮恢复得相对快。现代传记常常直接写1884年住院,而目前公开可核的档案对这次危机的时间,比对具体的入院出院日期扎实得多。

1899年到1900年是另一处档案明显变厚的时期。大学的校务官向主管部长呈文说明过他的健康状况,称这一轮危机特别严重。这属于任职行政档案。此后有几个冬季学期的教学记录明确写着他因病休假, 1911年到1913年又有连续的病假, 1913年夏天退休。这些证据很硬,但必须写成病假,不能偷换成每个学期都住在医院里。

而与退出学术生活那种叙事冲突的是:他最后一门课是1910年到1911年冬季学期的分析力学。退休以后他仍然参与院务,学院文件上最晚还能找到他1914年五月十六日的签名。至于那句被克罗内克逼疯了。

最重要的早期源头仍然是1927年舍恩弗利斯。他写两人长达十几年的不和在康托尔心里啃噬,同时也认为终生同连续统问题搏斗可能起了作用。

而有一个关键句子,后来的故事几乎总是省掉:舍恩弗利斯本人就说,把1884年的抑郁完全归罪于克罗内克是根本错误的。

所以最初的版本是学术冲突和那个难题可能是诱发因素。后来才被压缩成迫害导致发疯。

第二个传播节点是1937年那本英文的大众数学传记,也就是第十篇里那一本。它把人物冲突,父子关系,身份问题写成了极具戏剧性的心理传记。后来的数学史家严厉批评过它在这一部分的可靠性。而在长期缺少别的可读英文传记的情况下,它的故事特别容易扩散。档案研究做了两个修正,而且方向相反。

一,康托尔自己在1884年确实把摩擦当作那一轮低落的诱因。所以也不能反过来说冲突毫无影响。二,根据后来医师的回忆和发作的周期,不能把外部冲突当成病因,最多是一个促发或者加重的因素。

其中有一条档案,特别能拆掉那种研究得太深所以崩溃的文学化因果:他长期的家庭医生在他患病期间,反而建议家人劝他做数学,因为数学工作能让他平静,有助于恢复。

至于现代文献里常见的那个病名,处理办法应该非常克制。后来治疗过他的一位医师用过当时的临床术语来描述这种反复发作,间歇又能恢复工作的病程。一些现代史家认为这比逼疯说更符合材料。能写的就到这里。再往前一步,就是替一个一百年前去世,没有完整病历,也无法重新问诊的人开诊断书。

在这件事上较真,不是为了保护谁的名誉。是因为逼疯这个说法一旦成立,整段历史的意思就变了:它会变成一个关于恶意的故事,而不是一个关于两种标准的故事。恶意的故事更好讲,也更好记。而它把真正在争的那件事挡住了。

而真正在争的那件事,一百年后仍然有人在争。

八 存在是什么意思

1900年,希尔伯特在巴黎的国际数学家大会上提出那份著名的问题表,排在第一位的就是连续统问题。到这个时候,它已经不再是康托尔的私人研究计划,而被推到了未来数学议程的最前面。后来希尔伯特还说过一句更有名的话,大意是:谁也不能把数学家从康托尔创造的这座乐园里赶出去。这句话通常被引来说明康托尔终于胜利了。

而它其实说明了另一件事:到那个时候,需要有人站出来说一句不许赶,说明确实有人打算赶。说这句话的人是当时德国数学界最有分量的人之一,而他是在为一样已经被使用了多年的东西辩护。这场争论没有在1900年结束。它换了名字,换了人,又打了三十年。

回到最开始那件事。1874年康托尔既提供了可数性比较的新视野,也给出了能由枚举确定漏列实数的区间程序。因此这里必须把纯存在推论、构造程序与接受完成无穷总体三个问题分开。而克罗内克要的是另一种存在:你说有,那就给我造一个出来,用有限步,用明确的规则。这两种意思在日常语言里不分。说抽屉里有一支笔,意思通常是可以拿出来给你看。而数学里的有还可以是另一种:我证明了没有会矛盾。

多数时候没有人注意到这是两件事,因为多数时候那个东西真的能拿出来。

日常生活里几乎总是能。说冰箱里有牛奶,说这本书里有那句话,说这串钥匙里有开门的那一把。每一句都可以当场兑现。

所以没有人会去问:如果兑现不了,有这个字还算不算数。

只有在一个证明说了有却拿不出来的时候,差别才露出来。而那时候争的已经不是这个定理对不对,是有这个字应该怎么用。证明可以澄清不同用法的后果与关系,但若对方并不接受同一套基础前提,单凭一个证明不能强迫双方采用同一种存在标准。这件事在数学里还要再吵三十年,而且下一次吵起来的时候,战线会拉得比这一次长得多。

数还在往下算,而什么算数学,还没有算清楚过。

一 我看見了,卻不相信

1877年六月二十九日,康托爾給戴德金寫了一封信。他剛剛證明了一件事,而這件事讓他自己坐不住。

他當時三十二歲,在哈雷大學教書,而他要說的這件事推翻的不是別人的定理,是他自己原來的想法。

一條線段上的點,和一個正方形里的點,可以一個對一個地配起來。每一個線段上的點配一個正方形里的點,每一個正方形里的點也都被配到,不多不少。正方形比線段多一個維度。它看起來應該裝著多得多的點。

而在能不能配對這個意義上,它們一樣多。

康托爾在信裡說,這個結果如此出乎意料,如此新奇,以至於在戴德金對它的正確性作出判斷以前,他幾乎沒法重新安定下來。然後是那句後來被引用了無數次的法語:我看見它,但我不相信它。

這句話是用法語寫的,而那封信的其餘部分是德文。信中在這裡換用了法語;至於為什麼換語言,僅憑這一句不能確定。三天後戴德金回信,說自己檢查過論證,沒有找到漏洞,並且向他祝賀。這句話常被講成一個哲學姿態:一個人證出了某件事,卻在心裡拒絕承認。

它的實際處境比這平常,也比這真實。那是一封請同行幫忙核驗的私人信,寫信的人剛做完一件自己都覺得可疑的事,想找個人說一句你再看看。

戴德金還立刻看出了真正的要害。這樣的配對不可能同時保住連續性,你沒法讓線段上挨著的兩個點,配到正方形里也挨著的兩個點。

所以點一樣多這件事,並沒有抹掉一維和二維的差別。它說明的是另一件事:光靠能不能配對,定義不出維度。

這一篇要講的,就是配對這件事被用來量無窮之後發生了什麼。

而更值得看的是後來發生的事:這套辦法讓他得到了一批沒有人能反駁的結論,而同時有人認為他用來得到這些結論的方式本身就不該被允許。

爭的不是結論對不對。

爭的是怎麼算證明了一件事。

而配對這個辦法本身一點也不稀奇。它是牧人清點羊群時就在用的東西:不數,只看有沒有剩下。第一篇裡那些用不同符號數不同東西的書吏,用的也是它。奇怪的是把它用在數不完的東西上會出什麼結果。

二 數得完和數不完

要講清楚,得先把一個日常的動作拆開。

兩堆東西哪一堆多,通常的辦法是各數一遍再比。但還有一個更原始的辦法,不需要數:從這一堆拿一個,從那一堆拿一個,配成一對,拿掉。再拿一對,再拿掉。如果兩堆同時拿空,就一樣多。如果一堆先空了,另一堆還剩,那一堆就多。這個辦法有一個好處:它不需要知道每一堆到底有幾個。

於是它可以用在數不完的東西上。

自然數一個接一個,數不完。偶數也數不完。按日常的直覺,偶數只佔自然數的一半,應該少。

但按配對的辦法:一配二,二配四,三配六,一直配下去。每一個自然數都配到一個偶數,每一個偶數也都被配到。兩邊都不剩。所以一樣多。

這個結論在康托爾之前就有人注意到,而且通常被當作一個提醒:無窮這個東西不能拿日常的多少去套,套了就出笑話。伽利略兩百多年前就寫過這類情形。他的結論是:多,少,相等這幾個詞,對無窮的東西根本不適用。也就是說,前人把這當成一個信號:到此為止,別再往前問了。康托爾做的事情是把這個提醒反過來用。他把停車牌當成了路標。

前人說到此為止,他問的是:那麼越過去會看見什麼。

既然配對是一個不需要數完就能用的辦法,那就用它。凡是能和自然數配起來的,算作同一種多。這一類他稱為可以排成一列的,能給它們編上一號二號三號,一個不漏。然後他問了一個此前沒有人認真問過的問題:有沒有哪一堆東西,連排成一列都做不到。1874年,他發表了一篇論文,回答是有。

那篇文章其實證了兩件事。第一件是所有的實代數數,也就是能當某個整系數方程的根的那些數,可以排成一列。第二件是:任給一列實數,總有實數不在這一列裡。文章的題目只提了第一件,意思是論所有實代數數的集合的一個性質。實數排不成一列這句最直白的話,印出來只是引言末尾的一處附註。魏爾斯特拉斯勸他別把它寫進投出去的稿子,又說等到看校樣的時候,可以作為附註加上去,他照做了。他給戴德金寫信說,發表出來的版本有所限制,一部分是因為當地的情形。是什麼情形,他沒有說。

兩件合起來立刻得到:存在不是任何整系數方程的根的實數,而且不是偶然有那麼一個,是實數整體在這裡顯出了和一列東西不同的大小。這個推法值得看清楚,因為它是後面所有爭論的種子。

把兩條結果合起來,可以用大小比較推出超越數存在。但1874年原論文本身還給出了從任意實數列構造漏列實數的套疊區間辦法;用於代數實數的枚舉時,它能確定一個超越數,不能把它說成全無構造的存在證明。這裡要糾一個流行的時間錯位。1874年那個證明不是後來著名的對角線。

他用的是一種套疊區間的辦法。假定有人給出一張無窮長的實數名單。在一個區間裡,按名單挑出合適的兩個數當新的左右端點,得到一個更小的區間。在這個更小的區間裡再挑,再縮小,一直做下去。這一串越套越深的區間最後逼出來的那個位置,不可能在原來那張名單上。這個論證要用到實數的連續性,而不是後來那種逐位改數字的手法。

兩個證明相差十七年,而且思路完全不同。後來的教材常常把1891年那個方法安到1874年那篇論文上,於是一個人兩次不同的工作被壓成了一件事。

還有一件事,近年的材料讓它更清楚了。1873年底康托爾與戴德金往來密切,而代數數可以排成一列這一部分,戴德金有實質貢獻。康托爾當時私下寫信謝他,說他的意見和他擺出幾處要點的方式幫了大忙。印出來的文章裡沒有戴德金的名字。此後戴德金不再回他的信,兩個人的通信斷了將近三年,到1876年十月才接上。

所以這件事分兩層:第一個定理的證明裡有戴德金的份。而實數排不成一列這第二個定理,證據仍然很強地歸在康托爾本人名下。

三 不是他一個人的事

後來的通俗敘述裡,這段歷史常被寫成一個人對抗整個數學界。

兩種極端都不對。說數學界一致把他當瘋子,不對。說只有克羅內克一個人在反對,也不對。接受是分層發生的。

他較早那些關於點集的方法很快就進了分析研究, 1870年代已經有人在用。1883年他那部關於流形論基礎的書出版之後,有人給出過相當積極的評論。到1890年代,他和戴德金那一路的集合語言開始在新一代數學裡擴散。

1890年到1891年,他參與創建德國數學家協會,並當了第一任主席。1895年和1897年,他最後兩篇重要的集合論論文發表在當時最有分量的數學期刊之一上,主編是克萊因。

所以1890年代康托爾被專業數學界放逐,不符合制度事實。更準確的是:他的核心觀念仍然有爭議,但已經不能被當作邊緣怪論忽略掉。而反對也不是純情緒。

有人反對的是把已經完成的無限總體當作合法的數學對象,也反對那種不給出東西的存在證明,這一條下面要專門講。另一些人並不認為他錯,只是覺得這些超限的研究太抽象,看不出眼下有什麼用。對當時大多數人來說,最初那些超限的序數很像沒有用處的思辨。有一個人特別能破壞支持與迫害這種二分法。

米塔-列夫勒是他重要的支持者,給他的工作提供了一個國際平台。而到1885年前後,這位支持者勸他不要發表某一篇極其抽象的稿子,大意是這種東西也許早了一百年,現在拿出來反而會傷害他的事業。康托爾非常不高興,此後疏遠了那份刊物。這不是哲學上的反對。這更像一個編輯的判斷:關於讀者能不能讀懂,關於時機。

一個人可以同時是你最重要的支持者,和勸你把最好的東西收起來的人。

這句話比支持與迫害那種二分法更接近真實的學術生活。一個人願意為你的工作提供平台,和這個人覺得你某一篇太遠了讀者跟不上,完全可以同時成立。

四 對角線

1891年,康托爾發表了另一個證明。這一個後來被叫作對角線法,而且它比1874年那個簡單得多,也一般得多。不用任何符號就能把它走完。

先設想一種東西:無限長的兩選一序列。每一個位置上只有兩種可能,記作甲或者乙。這種序列有無限多個位置,每個位置二選一。

現在假定有人拿來一張清單,聲稱上面列出了全部這樣的序列,一號,二號,三號,一直排下去,一個不漏。

看第一行的第一個位置。它寫的是甲,就把新序列的第一個位置寫成乙。它寫的是乙,就寫成甲。再看第二行的第二個位置,同樣取相反的那一個。

第三行的第三個位置,第四行的第四個位置,一直這樣走下去。

現在看造出來的這個新序列。

它不可能是第一行,因為第一個位置就不一樣。不可能是第二行,因為第二個位置不一樣。不可能是第三行,因為第三個位置不一樣。對清單上任意一行,都不一樣。

所以那張清單聲稱自己列全了,這句話是假的。

而這個論證不針對實數。它針對的是任何一個集合上的二選一,也就是說,那個集合的所有子集合在一起。結論是:對任何一個集合,總能造出一個嚴格更大的集合。今天的教材常常把它寫成改實數的小數位,那是一個方便的後來版本,不是1891年原文唯一的形態。這個論證最漂亮的地方不在於它證出了什麼,在於它怎麼用對方的東西反過來對付對方。

它不需要預先猜測清單漏了哪一個,而是利用清單本身明確規定一個漏列對象。你給我幾行,我就用幾行。你給多少,我就取多少。清單越完整,那個新序列造得越順。

這是它比1874年那個證明更有力的地方。那一個要用到實數的性質,只能用在實數上。這個可數版本只需要按行編號的清單;推廣到任意集合時,則從該集合到其冪集的任意映射出發,構造由那些不屬於自身像的元素組成的子集。

這樣才能得到任意集合的冪集都嚴格更大的結論。

而這就是它最後落到的地方。對任何一個集合,總能造出一個更大的。於是沒有最大的那一個。

無窮不是一個數量,是一串永遠往上的台階。

第一篇裡那個奇偶反證,第四篇裡那個雙重反證,和這裡是同一族。都是先接受對方的假設,然後讓這個假設自己走到一個待不下去的地方。

五 克羅內克要的是什麼

要理解這場爭論,最好先把他討厭無窮這句話刪掉。克羅內克的計劃是:盡可能把數學還原到整數的運算,以及有限的,明確的,可以執行的程序。在他看來,真正基礎的對象是整數。分數,代數數,乃至分析裡的對象,都應該通過整數上的算術關係得到控制。

而所謂一個東西存在,不能只靠反證法說明它不存在會矛盾。最好能給出一個有限的辦法,把那個東西實際造出來。有一句德語常被當作他的招牌:整數是上帝造的,其餘都是人的工作。

這句話的出處只有一條線。能追到的最早印刷見證不是他自己發表的論文,是1893年韋伯在他去世後寫的紀念文章。他1891年底去世,所以這是一個很近的同代人回憶,但仍然不是現場速記。

流行版本常把這句話安置在1886年的某一次演講上。這個歸屬可能有根據,但在找到他本人1886年的講稿之前,這一層不該和1893年那個印刷見證混為一檔。而韋伯寫這句話的時候,不是在描述一個人忽然發表宗教格言。他是在概括一套數學綱領。

現在可以看清楚衝突在哪裡了。

把可數性與不可數性合起來,可以得到一個經典的存在論證;但這不是1874年原論文全部內容,其中的區間程序也能用於確定超越數。克羅內克與康托爾的分歧因此不能簡化為這一證明完全不構造對象,而應放在完成的無窮總體、有限程序與更廣的存在標準之爭中理解。

所以這不是一個人不肯接受新東西。這是兩種關於存在是什麼意思的說法,撞在了同一個定理上。

而且兩種說法各自都講得通。一個說:我證明了它不可能不在,所以它在。另一個說:你說它在,那就指給我看。在日常生活裡,第二種要求一點也不苛刻。

你說櫃子裡有把螺絲刀,我讓你拿出來。這不叫為難人。

也不該把克羅內克包裝成後來構造主義的先知。他自己的研究並不總是百分之百貫徹這條標準,他的分析工作也用過傳統的工具。他留下的更像一套算術化的方法論綱領,不是一份禁令清單。

上一篇講過,算術化這個詞最早可追蹤的用法就出自他1887年的一篇文章。而後世用這個詞概括的那一大堆東西,恰恰是他反對的。

六 那些指控

關於克羅內克壓制康托爾,流傳著一串說法。逐條看,硬度差得很遠。最扎實的一件是1877年那次延誤。

那一年七月十二日,康托爾把一篇稿子送給一份柏林的數學期刊。到十一月還沒有刊出,他在給戴德金的信裡非常不滿,一度想把稿子撤回去另找地方。戴德金勸他別這麼做。文章最後印在通常標為1878年的那一卷上。投稿,長期等待,想撤稿,這條鏈是清楚的。

但是誰造成的延誤,就沒有這麼清楚。

研究過這段檔案的人用的措辭是:延誤很可能與克羅內克有關,因為他在那個刊物的編輯圈里影響很大。也就是說,這是根據人脈,立場和別的材料作出的歷史判斷,而不是一份寫著我決定扣下此稿的文件。

還有一個硬事實,流行傳記經常寫錯。1877年克羅內克並不是那份期刊名義上的編輯。當時的正式主編另有其人,一直做到1880年。克羅內克要到1881年才列名編輯, 1889年以後才獨任。

所以克羅內克作為主編在1877年壓下了康托爾的論文,這個句式是錯的。能寫的只有:他在柏林數學圈和那份期刊里有很強的影響力,有理由懷疑他的反對影響了處理,而正式的決定權當時不在他手上。

再往外,證據迅速變薄。說他控制德國所有期刊不讓康托爾發表,顯然不成立,康托爾隨後在別的重要期刊上大量發表。說他一票否決了康托爾所有的升遷,要作為制度事實使用,必須另有任命委員會的檔案,不能從兩人的數學衝突倒推。而最值得單獨拆開的,是那句流傳最廣的話。大眾版本說:克羅內克親口把康托爾叫作青年腐蝕者。

能追到的關鍵來源是1927年捨恩弗利斯的一篇文章。而他寫的意思不是克羅內克說康托爾是青年腐蝕者。他的原話大意是:說克羅內克的態度必然給人一種印象,彷彿康托爾作為研究者和教師是在腐蝕青年,並不過分。差別極大。

第一, 1927年距克羅內克去世已經三十六年,距那場衝突約四十年。

第二,原句說的是他的態度給人這種印象,不是轉述一段現場的辱罵。

後來有影響的英文傳記在開頭把克羅內克概括成認為康托爾是科學騙子,叛徒,青年腐蝕者。再經過百科和通俗讀物反復引用,最後一個詞逐漸變成了一句帶引號的克羅內克原話。這個過程在第十篇裡已經見過一次,形態一樣:有人先做了一個概括,後來的人把概括里的疑問號取消了。

兩次的時間差也相近。那一次是1896年的檔案傳記裡長出一個文學化的場面, 1937年被取消疑問號。這一次是1927年的一句印象,同樣在1937年那本書裡變成了引語。同一本書,兩次同樣的動作。還有一件事,是那種終身不共戴天的敘事完全容不下的。

1884年夏天康托爾第一次嚴重患病之後,他自己一度把身體和情緒的低落同摩擦聯繫起來。八月十八日他給米塔-列夫勒寫信說,讓自己不適的不是艱苦的工作,而是本來可以避免的摩擦。隨後他決定和克羅內克和解,並且寫了信。檔案顯示,克羅內克的回信措辭得體,有人情味。兩人的私人關係由此恢復到令人滿意的程度。

數學上的分歧沒有消失。但1884年以後,兩個人並不處於私人斷交的狀態。分歧留在紙上,沒有變成不說話。

七 病

能說的和不能說的,在這一節裡差得很遠。

能說的有四類:他本人或者同時代人明確記錄到病情的時間。大學檔案記錄病假的時間。有可信材料記錄住院的時間。以及後來的治療者和歷史學家用過什麼術語。

不能做的有三件:不拿今天的診斷標準給一個死者下診斷。不從作品內容反推疾病。不把一個外部事件和一次精神危機時間挨得近,直接寫成病因。按這個口徑,材料是這樣的。

1884年初夏是第一次有明確記錄的嚴重發作。六月二十一日他給米塔-列夫勒寫信,說自己此前狀態不好,眼下缺少從事科學工作的精神清新。這一輪恢復得相對快。現代傳記常常直接寫1884年住院,而目前公開可核的檔案對這次危機的時間,比對具體的入院出院日期扎實得多。

1899年到1900年是另一處檔案明顯變厚的時期。大學的校務官向主管部長呈文說明過他的健康狀況,稱這一輪危機特別嚴重。這屬於任職行政檔案。此後有幾個冬季學期的教學記錄明確寫著他因病休假, 1911年到1913年又有連續的病假, 1913年夏天退休。這些證據很硬,但必須寫成病假,不能偷換成每個學期都住在醫院裡。

而與退出學術生活那種敘事衝突的是:他最後一門課是1910年到1911年冬季學期的分析力學。退休以後他仍然參與院務,學院文件上最晚還能找到他1914年五月十六日的簽名。至於那句被克羅內克逼瘋了。

最重要的早期源頭仍然是1927年捨恩弗利斯。他寫兩人長達十幾年的不和在康托爾心裡啃噬,同時也認為終生同連續統問題搏鬥可能起了作用。

而有一個關鍵句子,後來的故事幾乎總是省掉:捨恩弗利斯本人就說,把1884年的抑鬱完全歸罪於克羅內克是根本錯誤的。

所以最初的版本是學術衝突和那個難題可能是誘發因素。後來才被壓縮成迫害導致發瘋。

第二個傳播節點是1937年那本英文的大眾數學傳記,也就是第十篇裡那一本。它把人物衝突,父子關係,身份問題寫成了極具戲劇性的心理傳記。後來的數學史家嚴厲批評過它在這一部分的可靠性。而在長期缺少別的可讀英文傳記的情況下,它的故事特別容易擴散。檔案研究做了兩個修正,而且方向相反。

一,康托爾自己在1884年確實把摩擦當作那一輪低落的誘因。所以也不能反過來說衝突毫無影響。二,根據後來醫師的回憶和發作的週期,不能把外部衝突當成病因,最多是一個促發或者加重的因素。

其中有一條檔案,特別能拆掉那種研究得太深所以崩潰的文學化因果:他長期的家庭醫生在他患病期間,反而建議家人勸他做數學,因為數學工作能讓他平靜,有助於恢復。

至於現代文獻裡常見的那個病名,處理辦法應該非常克制。後來治療過他的一位醫師用過當時的臨床術語來描述這種反復發作,間歇又能恢復工作的病程。一些現代史家認為這比逼瘋說更符合材料。能寫的就到這裡。再往前一步,就是替一個一百年前去世,沒有完整病歷,也無法重新問診的人開診斷書。

在這件事上較真,不是為了保護誰的名譽。是因為逼瘋這個說法一旦成立,整段歷史的意思就變了:它會變成一個關於惡意的故事,而不是一個關於兩種標準的故事。惡意的故事更好講,也更好記。而它把真正在爭的那件事擋住了。

而真正在爭的那件事,一百年後仍然有人在爭。

八 存在是什麼意思

1900年,希爾伯特在巴黎的國際數學家大會上提出那份著名的問題表,排在第一位的就是連續統問題。到這個時候,它已經不再是康托爾的私人研究計劃,而被推到了未來數學議程的最前面。後來希爾伯特還說過一句更有名的話,大意是:誰也不能把數學家從康托爾創造的這座樂園裡趕出去。這句話通常被引來說明康托爾終於勝利了。

而它其實說明了另一件事:到那個時候,需要有人站出來說一句不許趕,說明確實有人打算趕。說這句話的人是當時德國數學界最有分量的人之一,而他是在為一樣已經被使用了多年的東西辯護。這場爭論沒有在1900年結束。它換了名字,換了人,又打了三十年。

回到最開始那件事。1874年康托爾既提供了可數性比較的新視野,也給出了能由枚舉確定漏列實數的區間程序。因此這裡必須把純存在推論、構造程序與接受完成無窮總體三個問題分開。而克羅內克要的是另一種存在:你說有,那就給我造一個出來,用有限步,用明確的規則。這兩種意思在日常語言裡不分。說抽屜裡有一支筆,意思通常是可以拿出來給你看。而數學裡的有還可以是另一種:我證明了沒有會矛盾。

多數時候沒有人注意到這是兩件事,因為多數時候那個東西真的能拿出來。

日常生活裡幾乎總是能。說冰箱里有牛奶,說這本書裡有那句話,說這串鑰匙里有開門的那一把。每一句都可以當場兌現。

所以沒有人會去問:如果兌現不了,有這個字還算不算數。

只有在一個證明說了有卻拿不出來的時候,差別才露出來。而那時候爭的已經不是這個定理對不對,是有這個字應該怎麼用。證明可以澄清不同用法的後果與關係,但若對方並不接受同一套基礎前提,單憑一個證明不能強迫雙方採用同一種存在標準。這件事在數學裡還要再吵三十年,而且下一次吵起來的時候,戰線會拉得比這一次長得多。

數還在往下算,而什麼算數學,還沒有算清楚過。

Sources and further reading史料与延伸阅读史料與延伸閱讀

Selected references for historical details and interpretive disputes. Museum records, ancient literary accounts and modern reconstructions do not carry the same kind of evidence.

以下资料对应文中的历史细节与解释分歧。馆藏记录、古代文学与现代重建,不是同一种证据。

以下資料對應文中的歷史細節與解釋分歧。館藏記錄、古代文學與現代重建,不是同一種證據。