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2018 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Zur Philosophie der Mathematik

Logizismus, Intuitionismus, Finitismus, Gödel'sche Unvollständigkeitssätze

Authors: Prof. Dr. Alexander George, Prof. Dr. Daniel J. Velleman

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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About this book

Dieses Buch blickt in eine bedeutende Epoche der Philosophie der Mathematik zurück, deren Strömungen die heutige Gestalt der Mathematik prägten.

In der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert befand sich die Mathematik in einem fundamentalen Umbruch, der die Mathematiker dieser Zeit herausforderte. Sie mussten Stellung beziehen. Die Grundsätze und Wege der philosophischen Richtungen, die dieses Buch verständlich, kritisch und anerkennend beschreibt, wurden von Mathematikern formuliert. Eine Zeit gravierender Disharmonien begann, die bis in Streit und Feindschaften mündeten und zugleich faszinierende und fruchtbare Ergebnisse hervorbrachten, mathematisch wie philosophisch.

Es war ein aufregendes, intellektuelles Abenteuer zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf einem außergewöhnlich scharfsinnigen und kreativen Niveau. Die Debatte über die unversöhnlichen Ansichten versiegte allmählich und inzwischen ist wieder relative Ruhe in die Gemeinde der Mathematiker eingekehrt. Zentrale philosophische Fragen aber, die damals die Protagonisten spalteten, sind nach wie vor unbeantwortet.

Die Suche nach dem Wesen der Mathematik geht weiter und greift auf die Ideen dieser Kontroversen zurück.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Verbindungen zwischen Philosophie und Mathematik sind alt und komplex. Beide Disziplinen sind eigentlich Zeitgenossen: Es waren die alten Griechen, die beiden Systematik und Strenge lehrten und die zentrale Bedeutung ihrer Ausübung betonten. Platon hatte an das Tor seiner Akademie geschrieben, dass niemand eintreten sollte, der keine Mathematik versteht. Seitdem hat es wenige große Philosophen in der westlichen Tradition gegeben, die sich nicht intensiv bemüht hätten, das Phänomen der Mathematik zu verstehen.
Es mag jedoch auf den ersten Blick überraschen, dass eine Philosophie, die sich selbst mit ihren fundamentalen Themen aus dem alltäglichen Leben ableitet, sich derart fixiert auf die vielleicht abstrakteste Disziplin, eine Disziplin, deren Gegenstände und Methoden, wie wir bald sehen werden, weit von jeder gewöhnlichen Erfahrung entfernt zu sein scheinen. Während es dafür sicher keine Erklärung gibt und sicherlich keine abschließende Antwort, die ohne Schwächen wäre, sollten wir doch eine Anmerkung dazu machen.
Alexander George, Daniel J. Velleman
2. Logizismus
Zusammenfassung
Der deutsche Mathematiker Gottlob Frege (1848–1925), der außerdem in Physik und Philosophie bewandert war und sein gesamtes Arbeitsleben an der Universität Jena verbrachte, entwickelte und vertrat als Erster den heute unter dem Namen Logizismus bekannten Ansatz zur Mathematik. Bevor wir beschreiben, worin dieser Ansatz besteht, erläutern wir kurz, in welcher Hinsicht Frege mit den zu seiner Zeit vorherrschenden Ansichten über die Natur der Mathematik nicht einverstanden war.
Zu Freges Zeit waren bereits viele Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Zahlensystemen bekannt. Insbesondere wusste man, wie Konzepte die reellen, rationalen oder ganzen Zahlen betreffend über Eigenschaften der natürlichen Zahlen (die Zahlen \(0,1,2\) und so weiter) definiert werden konnten, und man wusste ebenfalls, wie Wahrheiten über die erste Art Zahlen ausgehend von wahren Prinzipien über die natürlichen Zahlen aufgestellt werden können. In Kap. 3 werden wir auf diese Arithmetisierung der Analysis näher eingehen.
Alexander George, Daniel J. Velleman
3. Mengenlehre
Zusammenfassung
Wie wir in Kap. 2 gesehen haben, basierte Freges Ansatz, die Mathematik auf die Logik zurückzuführen, auf der Voraussetzung, dass jeder Begriff einen Umfang besitzt. Daher war es ein gewaltiger Rückschlag für Freges Programm, als Bertrand Russell im Jahr 1901 entdeckte, dass diese Voraussetzung zu einem Widerspruch führt. Dieser Widerspruch ist heute unter dem Namen Russell’sche Antinomie bekannt. Russell informierte Frege über den Widerspruch in einem Brief am 16. Juni 1902, kurz vor der Veröffentlichung des zweiten Bandes von Freges Die Grundlagen der Arithmetik. Frege erkannte sofort, dass seine Untersuchung der Umfänge fehlerhaft sein musste und dass insbesondere sein Grundgesetz (V) nicht vollständig allgemein gelten konnte. In einem hastig verfassten Anhang zum zweiten Band schlug er eine Einschränkung des Grundgesetzes (V) vor, aber er realisierte letztendlich, dass der Vorschlag das Problem nicht löste. Der geplante dritte Band wurde nie veröffentlicht.
Alexander George, Daniel J. Velleman
4. Intuitionismus
Zusammenfassung
Das Ende des letzten Kapitels mag den Leser im Glauben wiegen, dass sich Freges Projekt, auch wenn der Start etwas holprig war, schließlich doch als realisierbar erwiesen hat. Die Arbeit innerhalb einer naiven Theorie der Umfänge von Prädikaten ist zwar eingeschränkt durch die Russell’sche Antinomie. Ein differenzierterer Zugang zu den Mengen (wie in ZFC) aber vermeidet die Antinomie, und die Rückführung der Mathematik auf Logik kann unbeeinträchtigt von Widersprüchen weitergehen.
Kaum jemand jedoch glaubt, dass das logizistische Projekt, wie Frege es vor Augen hatte, wirklich durchgeführt worden ist. Warum nicht? Ist die Antwort, dass die Rückführung der Arithmetik, sagen wir auf die Mengenlehre, aufgefasst als Theorie von Umfängen, nicht als logische Rückführung zählt, weil sie nicht als Logik gilt? Umfänge sind keine logischen Gegenstände, vielleicht mathematische – so mag man die Antwort fortsetzen –, und daher war Freges Projekt von Anfang an schlecht konzipiert.
Warum aber soll man Umfänge nicht als logische Gegenstände ansehen? Gut, solche Gegenstände kommen in der Regel in der Logik nicht vor. Setzt man dies aber voraus, wäre Freges Projekt von Beginn an dem Untergang geweiht gewesen. Denn natürliche Zahlen werden gewöhnlich genauso wenig als logisch akzeptiert, obwohl der Erfolg von Freges Logizismus gerade davon abhing, das zu zeigen. Den logischen Status von Umfängen einfach zu leugnen, weil sie gewöhnlich nicht als Teil der Logik gesehen werden, bedeutet, das Gewicht zu sehr auf vor-theoretische Intuitionen zu legen, was als „logisch erscheint“ und was nicht.
Alexander George, Daniel J. Velleman
5. Intuitionistische Mathematik
Zusammenfassung
In Kap. 4 haben wir gesehen, wie die intuitionistische Sicht auf die mathematische Wirklichkeit dazu führt, die mathematische Sprache anders zu deuten, als es der klassische Mathematiker tut. Intuitionisten akzeptieren nicht alle die logischen Gesetze, die der klassische Mathematiker akzeptiert. Die klassischen Gesetze der Logik aber sind gerade die, auf denen die logizistische Begründung der Mathematik ruht. Werden diese Gesetze revidiert, so muss die Mathematik revidiert werden, die auf diesen Gesetzen aufgebaut ist. In diesem Kapitel wollen wir prüfen, ob man den Aufbau des Systems der Zahlen und ihrer Eigenschaften in Kap. 3 rechtfertigen kann, wenn man intuitionistisch denkt. Wir werden sehen, dass einiges intuitionistisch übernommen werden kann, manches nicht. Einiges muss intuitionistisch modifiziert, manches sogar verworfen werden. Alle Beweise in diesem Kapitel werden intuitionistische Beweise sein, es sei denn, es wird etwas anderes angekündigt.
Das Projekt hier haben wir schon in Kap. 4 begonnen. Zum Beispiel haben wir festgestellt, dass das Prinzip der vollständigen Induktion intuitionistisch akzeptiert ist. Untersuchungen der natürlichen Zahlen sind oft Berechnungen, die in endlich vielen Schritten ausgeführt werden können. Wir haben bereits gesehen, dass intuitionistische wie klassische Mathematiker darin übereinstimmen, dass solche Berechnungen zu klar bestimmten Ergebnissen führen und dass sie diese in gleicher Weise bewerten. Die meisten klassischen Beweise in der elementaren Zahlentheorie können also von Intuitionisten übernommen werden.
Alexander George, Daniel J. Velleman
6. Finitismus
Zusammenfassung
Der große deutsche Mathematiker David Hilbert (1862–1943) suchte nach einer Auflösung des festgefahrenen Konflikts zwischen der klassischen Mathematik und dem Intuitionismus. Für dieses Ziel arbeitete er ein umfangreiches Programm aus, in welchem zahlreiche philosophische sowie mathematische Ideen entwickelt und miteinander verknüpft wurden.
Wir beginnen am besten mit der Frage, welche Aspekte der klassischen Mathematik und des Intuitionismus Hilbert in Einklang bringen wollte. Hilbert hätte keine Lösung für die Grundlagen der Mathematik akzeptiert, die die Reichweite der Mathematik beschränkt hätte. Er wollte also den praktizierenden Mathematiker in seinem Vertrauen in die Verwendung fundamentaler Schlussregeln nicht stören; insbesondere der Satz vom ausgeschlossenen Dritten und jegliche Schlüsse, die hierauf beruhen, wie die Fallunterscheidung, mussten erhalten bleiben. „Dieses Tertium non datur dem Mathematiker zu nehmen,“ sagte Hilbert „wäre etwa, wie wenn man dem Astronomen das Fernrohr oder dem Boxer den Gebrauch der Fäuste untersagen wollte.“ Außerdem sollte kein Zweifel daran bestehen, dass die klassische Akzeptanz der absoluten Unendlichkeit legitim sei: „Die mathematische Analysis [ist] gewissermaßen eine einzige Symphonie des Unendlichen.“ Hilbert wäre nicht bereit gewesen, eine Rechtfertigung von etwas, was nur einen Teil der Mathematik des alltäglich praktizierenden Mathematikers beinhaltete, gut zu heißen.
Alexander George, Daniel J. Velleman
7. Die Unvollständigkeitssätze
Zusammenfassung
Die Unvollständigkeitssätze gelten für eine ganze Bandbreite an formalen Systemen, aber um die Darstellung zu erleichtern, werden wir uns für den Großteil des Kapitels auf ein bestimmtes formales System konzentrieren. Das formale System, welches wir betrachten, ist eine Version der Peano-Axiome und wird häufig als Peano-Arithmetik bezeichnet, oder kurz auch als PA. In Kap. 2 und 3 haben wir bereits gesehen, dass die Peano-Axiome für die Grundlagen der Mathematik eine zentrale Rolle spielen, und wir werden in diesem Kapitel erfahren, dass bestimmte Eigenschaften von PA in den Beweisen der Unvollständigkeitssätze ebenfalls eine zentrale Rolle spielen. Die Sprache von PA enthält zusätzlich zu den üblichen Zeichen der Logik („\(\land\)“, „\(\lor\)“, „\(\neg\)“, „\(\rightarrow\)“, „\(\leftrightarrow\)“, „\(\forall\)“, „\(\exists\)“, „\((\)“, „\()\)“ und „\(=\)“) das Zeichen „\(0\)“ (null), „\(S\)“ (für die Nachfolgeroperation), „\(<\)“, „\(+\)“ und „\(\cdot\)“ und Variablen „\(x_{1}\)“, „\(x_{2}\)“, „\(x_{3}\)“, … (die für natürliche Zahlen stehen). Die Axiome von PA sind die üblichen Axiome für die Logik erster Stufe zusammen mit Sätzen dieser Sprache, die die Peano-Axiome ausdrücken, und Sätzen, die besagen, dass die Zeichen „\(<\)“, „\(+\)“ und „\(\cdot\)“ die üblichen Definitionen der Kleiner-Relation und der Additions- sowie Multiplikationsoperation erfüllen.
Alexander George, Daniel J. Velleman
8. Schluss
Zusammenfassung
Unser intellektuelles Abenteuer war nicht ohne Frustration. Kaum war eine verlockende Konzeption vorgestellt, die die Lösung einiger unserer ursprünglichen Fragen über Mathematik in Aussicht stellte, entdeckten wir aus diesem oder jenem Grund, dass die tragenden Ideen schließlich unbefriedigend oder nicht realisierbar waren. Wir waren wiederholt von ihnen angezogen, nur um dann Enttäuschung zu erfahren. Etwa so, wie es jemand einmal über Lord Berners’ Malereien sagte: Das Vergnügen, das sie uns bereiten, wird durch das Bedauern geschmälert, dass sie, so gut sie sind, nicht noch ein wenig besser sind.
Alexander George, Daniel J. Velleman
Backmatter
Metadata
Title
Zur Philosophie der Mathematik
Authors
Prof. Dr. Alexander George
Prof. Dr. Daniel J. Velleman
Copyright Year
2018
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-56237-6
Print ISBN
978-3-662-56236-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-56237-6

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