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貝里悖論:當試圖用「文字」來定義「數字」時產生的矛盾

「不能用19個字以內表達的最小整數」這句話本身,就已經用19個字以內表達了那個數字!?我們將解說這個發生在日常語言與數學邊界上,簡短而美麗的悖論。

1. 用文字表達數字

我們在日常生活中,不僅會使用「阿拉伯數字(1, 2, 3…)」,還會使用「文字(如中文或英文)」來表達數字。

例如,「$10$」這個數字,可以用各種文字來表達,如下所示:

  • 「十」(1個字)
  • 「五的兩倍」(4個字)
  • 「一百的十分之一」(8個字)

像這樣,讓我們來考慮使用「中文字」來描述某個數字。 我們對可使用的字數設定一個限制。這裡我們來考慮能夠用**「19個字以內」**的中文來表達的數字。

當然,用19個字以內能夠表達的數字是有極限的。 因為中文字的種類是有限的,將它們排列成19個字以下的組合也是有限的(雖然會是一個天文數字,但並非無限)。

也就是說,必定存在著**「19個字以內的中文字絕對無法表達的巨大整數」**。


2. 悖論的誕生

那麼,接下來才是正題。 「19個字以內的中文字無法表達的整數」有無數個。 假設我們從那些無數個無法表達的數字中,找出了**「最小的一個(最小的整數)」**。

我們將這個數字設為 $X$。 根據定義,$X$ 是「19個字以內的中文字無法表達的數字」中最小的一個,因此我們可以這樣稱呼它:

「在十九個中文字以內的長度裡無法被表達出來的最小整數」

讓我們來數一數這句話的字數: 「在・十・九・個・中・文・字・以・內・的・長・度・裡・無・法・被・表・達・出・來・的・最・小・整・數」 …哎呀?這句話有25個字呢。 這樣就超過「19個字」的限制了。

那麼,讓我們稍微在表達上花點心思,將它縮短一點:

「不能用十九個字以內表達的最小整數」

現在,請數數看這句中文的字數:

竟然只有「16個字」

奇怪的事情發生了。 我們現在居然用了「不能用十九個字以內表達的最小整數」這**「16個中文字」,把 $X$ 這個數字表達出來了**!

graph TD Define["定義:
X = 19個字以內無法表達的最小整數"] --> CheckLength{"『不能用十九個字以內表達的最小整數』
的字數是?"} CheckLength -->|16個字| Contradiction["矛盾!
X 竟然能用『16個字』表達!"] Contradiction --> Paradox["X 應該『無法用19個字以內表達』
卻『能用19個字以內(16個字)表達』"] style Contradiction fill:#ff9999,stroke:#333 style Paradox fill:#ff4444,color:#fff,stroke:#333,stroke-width:2px

$X$ 明明應該是「無法用19個字以內表達」的數字,但這個定義的文字本身,卻完美地用「16個字(19個字以內)」表達了 $X$。 這就是**「貝里悖論(Berry Paradox)」**。


3. 是誰提出了這個悖論?

這個悖論是由一位名叫G.G. 貝里(G. G. Berry)的人在1904年提出,他當時是牛津大學的圖書館員。 後來,20世紀代表性的天才數學家暨哲學家伯特蘭·羅素(Bertrand Russell)在自己的論文中介紹了它,因而廣為世界所知。

(※在英文的原版論文中,使用的是 “The least integer not nameable in fewer than nineteen syllables”(少於19個音節無法命名的最小整數)這樣的表達方式,是設計成以英文的音節數來成立這個悖論的。)


4. 為什麼會發生矛盾?

這個悖論的根本原因在於,我們平時使用的「自然語言(如中文或英文等)」具有模糊性自我指涉性(自我提及)

自然語言無法承受數學的嚴密性

在數學的世界裡,「定義數字」是一項非常嚴密的作業(會使用方程式或符號)。 然而,在貝里悖論中,卻試圖用人類日常語言中的「能表達」與「無法表達」來定義數學對象(整數)。

日常語言非常強大且靈活,但也正因為這種靈活性,使得它能夠做出像「提及自身的字數」這樣高難度的雜技動作。 結果就引發了「定義本身破壞了定義的規則」這種自我矛盾(自我指涉的悖論)。

「被命名」代表什麼意思?

此外,「能用16個字表達」這句話的定義也很模糊。 「不能用十九個字以內表達的最小整數」這句話,並沒有直接指出特定的具體數字(例如 $987654321...$ 這樣的數字)。 它只是間接地描述了「應該有一個滿足條件的數字」。

在數學上,「以可以直接計算的形式來表達」與「用文字陳述間接的條件」,這兩者必須被明確地區分。將這兩者混為一談並堅稱「用16個字表達出來了!」,這就是隱藏在其中的邏輯把戲。


5. 總結與對現代的影響

貝里悖論乍看之下似乎只是個「文字遊戲」或「腦筋急轉彎」。 然而,這個問題卻成為讓20世紀的數學家們深刻體認到**「使用日常語言來建立數學基礎的危險性」**的契機。

「不能用文字來定義數字。數學必須完全由獨立且嚴密的符號來建構。」

這個悖論成為了通往最先進學問的重要路標,它與後來改變數學歷史的「哥德爾不完備定理(數學中存在絕對無法證明的真理)」,以及資訊科學中的「柯爾莫哥洛夫複雜性(探討資訊能被壓縮到多短的理論)」等都有著緊密的關聯。

僅僅16個中文字,就揭露了數學的極限。這就是貝里悖論的美妙之處。

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