莱布尼茨
图灵所属学派的渊源可以追溯到莱布尼茨,即那位独立发明了微积分的哲学巨擘。在莱布尼茨对现代思维做出的诸多贡献中,最新奇的想法之一就是他提出的“通用语言”概念。按照他的设想,这种语言能够表示所有可能的数学和科学知识;它是一种类似于古埃及象形文字的表意字符,只不过这些字符对应的是数学和科学的“原子”概念。莱布尼茨认为,这种语言将“大大增强”人类的推理能力,作用将远超显微镜、望远镜等光学仪器。
莱布尼茨还设想了一种能够处理这种语言的机器,他称之为“推理演算机”。
不过,莱布尼茨未能有机会发明他的通用语言,也没能设计出这种机器。直到1879年,莱布尼茨的这一梦想第一次有望成为现实。当时,德国哲学家戈特洛布·弗雷格出版了具有里程碑意义的逻辑学著作《概念文字》(Begriffsschrift)。
在布尔尝试改进亚里士多德逻辑学的启发下,弗雷格发明了一种更加先进的逻辑系统。如今,哲学和计算机课堂上教授的逻辑学——一阶逻辑或谓词逻辑——只是对弗雷格的系统稍作了修改。
弗雷格逻辑学的主要创新在于,它更准确地反映了日常语言的逻辑结构。此外,弗雷格还率先使用了数量词,并头一次把宾语从谓语中分离出来。他还是如今计算机科学中一些基本概念的提出者,比如递归函数。
弗雷格的形式语言——他称之为“概念脚本”——由无意义的符号组成,这些符号则由定义明确的规则操控。语言只由解释来赋予意义,而解释是单独指定的。用杰出计算机科学家艾伦·纽厄尔(Allan Newell)和赫伯特·西蒙(Herbert Simon)的话来说,这让逻辑学演变成了“符号游戏”,一场“使用无意义的符号、基于特定纯粹句法规则来进行的游戏。”
正如哲学家罗素那句诙谐的名言:“数学或许可以被定义为我们永远不知道自己在谈论什么,也不知道我们说得对不对的一门学科。”
也许没有人料到,弗雷格的研究工作竟带来了一个意外后果:人们发现了数学基础中的漏洞。
例如,事实证明,数千年来被奉为逻辑严密性黄金标准的《几何原本》竟然充满了逻辑错误。由于欧几里得使用了“直线”和“点”这样的普通词语,因此在面对含有这两个词的语句中, 他(以及数千年来的读者)诱使自己做出了想当然的假设。
举一个相对简单的例子,在普通用法中,“直线”这个词表示,如果三个不同的点位于一条“直线”上,那么其中一点必在另外两点之间。但是,当你使用形式逻辑来定义“直线”时,“之间”这个概念也需要加以界定,而欧几里得恰恰忽视了这一点。一旦运用形式逻辑,这样的缺漏很容易被发现。
于是,这就引发了数学基础的危机。如果作为数学圣经的《几何原本》出现了逻辑错误,那么其他数学领域有没有呢?那些建立在数学基础上的学科,比如物理,又怎样呢?
好消息是,用于发现这些错误的逻辑方法,同样也能用来纠正它们。数学家开始全面重建数学的基础:1889年,朱塞佩·皮亚诺(Giuseppe Peano)提出了算术公理;1899年,希尔伯特提出了几何学公理。此外,希尔伯特还提出了一个计划,试图将数学的其余部分形式化,并列出了形式化所应满足的具体要求,包括:
所谓希尔伯特计划,就是通过满足这些要求,来重建数学学科。直到20世纪30年代,这一直是一群逻辑学家的研究重点,其中包括希尔伯特、罗素、库尔特·哥德尔(Kurt Gödel)、约翰·冯·诺依曼(John Von Neumann)、阿隆佐·邱奇(Alonzo Church),当然,还有图灵。
“在科学中,新事物只伴随困难出现。”
希尔伯特计划至少在两条线上得到推进。在第一条线上,逻辑学家构建出逻辑系统,以证明希尔伯特的要求是否可满足。
在第二条线上,数学家使用逻辑概念来重建经典数学。
历史学家托马斯·库恩(Thomas Kuhn)曾说:“在科学中,新事物只伴随困难出现。”在“希尔伯特计划”实施的那个年代,逻辑学处于不断创造与毁灭的动荡之中。一位逻辑学家建立了复杂的系统后,另一位逻辑学家可能会将之摧毁。
毁灭者青睐的利器是自我指涉的构建,即自相矛盾的陈述,表明它所依据的公理本身就存在矛盾。这种“说谎者悖论”的简单形式如下:
这个语句为假。
如果“这个语句为假”为真,那么这个语句为假;如果“这个语句为假”为假,那么这个语句为真,这就形成了自我矛盾的无限循环。
在数理逻辑领域,罗素头一次对“说谎者悖论”做出了重要运用。他指出,弗雷格的系统允许得出自相矛盾的集合:
设集合R由一切不属于自身的集合组成。如果R不是自身的元素,那么其定义决定了它必须包含自身;如果R是自身的元素,那么它就违背了自己的定义,即由一切不属于自身的集合组成。
这被称为罗素悖论,它被视为弗雷格系统的一个严重缺陷。