形式法则
画出一个区分 —— 全书唯一的建构指令
一条判断统摄全书
「一个宇宙在空间被切开或分离之际出现。」生物体的皮肤切出内与外,平面上的圆周亦然。追踪我们如何表示这一切分行为,即可重构语言、数学、物理、生物科学底层的基本形式,并看到经验中熟悉的法则如何从最初的切分行为(the original act of severance)不可避免地涌出。数学文本通常从故事的中间讲起,此书自称从最开端讲起。
由此得出全书最锋利的立场:逻辑不是数学的地基,而是数学的一种外围应用。布尔把他的代数造出来去迁就逻辑,而逻辑只是该代数的一种可能解释、绝非它的算术;《数学原理》「错误地立基于逻辑」,本书为纠正它而写。正文因此不走公设进路而走发生进路:每一个概念都须先被「唤入存在」(called into being)方许使用——出场次序本身就是论证。
宇宙发生回环。全书叙述一部形式创世记:虚空 → 区分之欲 → 第一区分 → 名与令 → 初级算术 → 初级代数 → 再入 → 时间 → 物质前身 → 观察者——而观察者认出自己就是第一区分,回环闭合。终章脚注给出词源判词:universe = unus(一)+ vertere(转),任一宇宙即「转出一个」之所见,即任一第一区分的显现。
导言称第十一章已是「从原初形式起算的第四次出离(从虚空起算的第五次)」;出离至此涌现的潜在形式已多到一本书无法尽述,故全书以第五典章允许的方式悬置于三个词——and so on(如此等等)。
书内记号说明:原书「十字」(cross,⌐ 形)在本制品中以真形 CSS 绘制;文本输入处以括号 ( ) 转写——( )( ) 即两个并置的十字,(( )) 即嵌套,空白即未标记态。
按「被唤入存在的次序」排布的概念系谱
九层四十四个概念。点击任一节点:青色为当前概念,赭色为其全部发生学祖先(它由谁唤出);连线即「唤出」关系。再点一次或点空白处复位。
请选择一个概念
此处将显示:定义(依书中原初表述)、英文原名、出处章节,与它的发生学来源。
从虚空到观察者的因果全程
此书的因果结构是严格的债务经济:每一步先「预支」一个未获辩护的原则,随后必须偿还;每一次偿还都把系统推向下一层级。以下逐章展开——每章给出「为何必然」、本章唤出之物,与一句关键原文(中译)。
一形式THE FORM起点削减到不能再削减:两个给定观念,一条定义,两条公理。
全书只取区分(distinction)与指示(indication)为给定,外加一条不可分离性:不作区分即无法指示——于是「取区分之形式为形式(the form)」。定义仅一条:「区分即完美的涵纳」(Distinction is perfect continence):以两侧分明的边界安排出一种状态,使一侧的点不穿越边界便不能到达另一侧(作者 2000 年自注:continence 取「容纳」古义)。区分必有动机(motive),动机必源于两侧内容价值(value)之差;有价值即可命名。「名之被召唤」与「越界之意图」皆可与「内容之价值」同一——两条同一各自结晶为一条公理。
二从形式中取出的形式FORMS TAKEN OUT OF THE FORM唯一的建构令;记号身兼名与令;两条原始方程恰好为二。
全书第一道也是唯一一道建构指令:「画出一个区分」。由此唤出第一区分、被剖开(severed / cloven)的空间及其两侧、标记(mark)、已标记态 / 未标记态、标记之记号(token)与名为十字(cross)的算符。记号身兼二职:既是已标记态之名,又是「穿越第一区分之边界」的指令——名与令在此简并 / 凝缩为一符,注释明言:「正是这种凝缩赋予符号以力量。」两条公理写入记号即得仅有的两条原始方程;十字之间只许一种关系——涵纳;简单表达式恰有两个:一个空十字与一片空白。
三计算之构想THE CONCEPTION OF CALCULATION典章是「允许」而非「建构」;化简假设是一笔明写的预支。
前五条典章(canons)被唤出:①意图约定——「凡未被允许者即被禁止」;②指涉收缩——指令可收缩到仍可被遵行的任何程度;③代换约定;④化简假设——设一排列之值即其可化归到的简单表达式之值;⑤指涉扩张——任何指涉形式可无限分裂(由此凝缩 / 确认合称「数」之步,消却 / 补偿合称「序」之步)。第四典章当场立债:有些排列可能有多条化简路径、有些可能化不动,故日后必须证明任何排列皆可化简、且一切路径同归一果。以两原始方程为初始式(initials),得指示演算(calculus of indications);仅由其直接后承生成者为初级算术。
四初级算术THE PRIMARY ARITHMETIC九条定理三类分工:偿债(T1–T4)、备件(T5–T7)、开门(T8–T9)。
表征定理 T1–T4 偿还第三章之债:T1(形式)给出化简程序并证明任何有限十字排列皆可化归——其证明默认书写于平面,注释点破这是一个隐蔽约定:写在环面上 T1 即不成立,「数学的进步正在于把隐蔽约定变为显明约定」;T2(内容):空间遍布一个空十字则其值为已标记态;T3(一致):化简唯一——以 m / n 逐层标注的程序证得,第六典章(支配规则)随之成立;T4(区别):自不同简单表达式出发之值恒不相混——演算被证明一致。程序定理 T5–T7 中,T5 即 x = x:作者自注「以往作者只能把它当公理;我是第一个从自己的公理把它证明出来的作者」。联结定理 T8、T9 被明言为「进入新演算的大门」。
五从演算中取出的演算A CALCULUS TAKEN OUT OF THE CALCULUS变量不是被引入的,而是从常量中长出的。
初级算术里只有一种带单一性质的常量(十字),于是「考虑该性质之在场与否无关紧要」即产生变量——作者认为这印证了维特根斯坦:命题演算中的变量代表的不是命题而只是命题的真值。以 T8、T9 脱离语境为初始式,得初级代数(primary algebra):J1 位置(position)、J2 转置(transposition)。配两条通则——R1 代换(substitution)与 R2 置换(replacement);作者自注:这是两条普适代数规则第一次被正确陈述,「唯一尝试过陈述它们的另一位作者是塔斯基,而他弄错了」。
六初级代数THE PRIMARY ALGEBRA九条后承;一个微型哥德尔事件:「零步亦步」。
由 J1、J2 演证出九条后承(consequences)C1–C9(C1 的六步美证出自作者学生 Utting,1966)。章末藏一个微型哥德尔式事件:若允许「对步骤本身再取步骤」,所得演算不一致——化解之道是规定「包括零步在内的任何步数皆算一步」,与「步骤本不意在穿越边界」的本性相合。注释给出深刻判断:代数中的操作数只是被猜想在场或缺席的操作符——把 ∨、∧ 外推到零变元,( )∨ 与 ( )∧ 即两枚「基本粒子」,0、1、T、F 皆可废除;并留一条脚注:此代数应称 brownian 而非 boolean,因布尔及此前一切代数都受「次序相关」与「二元辖域」两重残障所困。
七二阶定理THEOREMS OF THE SECOND ORDER纯代数定理:任何表达式都有极简规范形。
T10–T13 将 J2、C8、C9、C2 的辖域推广到任意划分与任意深度;T14(关于常量的规范):任何表达式等价于深度不超过 2 者;T15(关于变量的规范):任何表达式等价于任一给定变量出现不超过 2 次者。这两条规范形是第九章完备性证明的机械基础。
八两秩再合RE-UNITING THE TWO ORDERS演证在演算之内,证明在演算之外——这对区分被推至根处。
引入内容(content)/ 像(image)/ 映照(reflexion)三联与指示空间;第七典章(相关性原则)解释未写出的十字与隐性值为何无须书写。核心论断:后承之可接受,因为规则是我们定的,只需示其循规而行;定理之可接受,因为其所述显明——「若有人不接受一个证明,我们只能另试一个」。把证明程序法典化只给证明以融贯而非证据:「定理之被逻辑与计算证明,不多于十四行诗之被文法与修辞写成。」T16 桥定理(若两表达式在一个变量的每一取值下等价则等价)以透明 / 不透明的第八典章(传导原则)证得——作者自注:此前无人能证,只好当公理用。
九完备性COMPLETENESS代数向算术清账:凡可证之方程形式皆可演证。
T17:初级代数完备——凡可作为关于初级算术的定理被证明的方程形式,皆可在初级代数中被演证。证明对变量数归纳:借 T14 / T15 的规范形把 n 变量情形化归到 n−1;基例显示算术初始式本身可在代数中演证(C3 取 a = 得 I1;C1 取 a 为空得 I2)。注释重估哥德尔:完备性从不属于演算整体,只属于「一种表述对另一种表述的表征」;哥德尔定理非绝望之由而是庆典——它印证算术是比代数更丰饶的土地。脚注更尖锐:「哥德尔自己也弄混了他证明的东西……一切真语句皆可证明,只是在某些代数中有些不可演证。」
十独立性INDEPENDENCE罕见的直接证明;独立性证明即不完备性证明。
T18:J1 与 J2 互不可推。直接论证:仅有 J1 时,可置入或取出的只能是 之形,而 J2 搬运的 r 不必是此形;仅有 J2 时,无法消去任何相异变量,而 J1 恰能消去。注释:独立性的证明惯例是间接的,而两条初始式的体系总有直接证明可用;且「独立性证明可恰当地视为缺失该初始式之演算的不完备性证明」。
十一二度方程EQUATIONS OF THE SECOND DEGREE松开有限性——再入、虚态,与时间的发生。全书转折。
先提取第九典章(演证止于有限步)作为离境护照,随后故意违约:对 反复施 C5 / C1 / J2 / C4,生成无限梯列。关键一步:每个偶数深度处被十字罩住的部分与整个表达式全同——表达式再入(re-enter)自身内部空间,记 E1: f = 。逐案检值发现 a、b 皆未标记时方程有两个实解:表征定理失效,不定性入场。定义度(degree):相异稳定状态之数目(振荡态亦算稳定)。极限情形分岔:E2: f = 有两实根、无矛盾;E3: f = 被两个既有状态双双拒斥——「若想假装 E3 有解,就必须允许它拥有一个表示虚态的解」。随即是全书最著名的转进:「由于我们不愿离开形式,所设想的状态不在空间中而在时间中(人可以进入时间状态而不离开其已寄身的空间状态)。」以「地道」贯穿十字使区分自毁,值以有限速度传播,遂得方波振荡;给传播以速度必须同时给以方向,速度由是发生。E3 即振荡函数——其值「在空间中不定故对形式而言为虚,在时间中却为实」;E1 即记忆函数——a、b 皆归未标记后,f 记得二者中谁最后呈过已标记态;再造一个「不但记忆而且计数」的调制函数 E4(实值需八个标识符,引入虚分量减至六个;「虚值即在把记忆拨到位后自行关断的值」)。
十二再入形式RE-ENTRY INTO THE FORM四个圆圈实验逼出观察者;首尾因果闭合。
「形式之构想在于区分之欲。此欲既允,我们即无法逃离形式,尽管可以随意地看它。」四个圆圈实验(等号读作「混同于」is confused with)不借任何定律、初始式、定理、后承,徒手重演凝缩与消却。每个区分之两侧有双重指涉:显指涉指向其值,隐指涉指向一位外部观察者——「外侧即区分被设想为从之观看的那一侧。」第四实验逼出:圆周对外部空间之值即标记之值——「一位观察者,既然他区分了他所占据的空间,他也就是一个标记。」终章末句:第一区分、标记与观察者「不仅可以互换,而且在形式中同一」。
债务台账 THE LEDGER OF DEFERRED JUSTIFICATION
| 预支(何处立债) | 偿还(何处清账) | 说明 |
|---|---|---|
| 化简假设 · 第三章第四典章 | T3 一致 + T4 区别 · 第四章 | 化简唯一且两值不混——「表征定理」使假设成为定理。 |
| x = x · 他人的公理 | T5 同一 · 第四章 | 「我是第一个从自己的公理把它证明出来的作者。」 |
| J1 / J2 · 取自 T8 / T9 | T17 完备性 · 第九章 | 代数向算术清账:凡可证之方程形式皆可演证。 |
| T16 桥 · 先用后证 | 第八章传导原则 | 注释:延迟辩护的显例——「先熟悉其运作,再为其辩护。」 |
| 平面书写 · 第四章隐蔽约定 | 观察者位置 · 第十二章注 | 地球书写实验把「隐蔽的面」显明为「隐含的观察者」。 |
| 无限步 · 第十一章违约 | 第九典章 + 支配规则为路标;以「时间 / 虚态」支付 | 「远足至无穷剥夺了我们对身处形式何处的完全知识。」 |
指示演算 · 求值 / 化简 / 等式验证
输入用括号转写:( ) 为一个十字,并置即同空共处,a–z 为变量,空白即未标记态。显示用真形十字。算术化简严格执行 T1 的「最深空间程序」——每步只用凝缩(I1「数」)或消却(I2「序」);含变量时依第五章之法:变量按 m ← ( )、n ← 空白代换后交给算术,并给出全取值表与三分类(第六章 / 附录二)。引擎已对 C1–C9、J1、J2 全真值表等价及五百例随机算术化简作过校验。
求值与逐步化简
等式验证
再入 · 振荡 · 记忆 · 计数
第十一章的三件造物,在时间中运行。青色为未标记 / 已标记方波,赭色为 f 的输出。
振荡函数 · E3
两个既有状态双双拒斥其解:设 f 已标记则 f 未标记,反之亦然。解「不在空间中而在时间中」——虚于形式、实于时间。
记忆函数 · E1
a、b 皆归未标记后,f 记得二者中谁最后呈过已标记态——书中所述的双稳记忆(E2: f = 为其偶次极限,两实根)。
调制(计数)函数 · E4
「计数可被描画为记忆之反:记忆函数对相同信号记住相同回应,计数函数每次记它不同。」以 a 为时钟,f 输出半频方波——书中图示之行为仿真。
书中自持的八条立场
数学的语言是指令,不是描述
如菜谱之于蛋糕味道、乐谱之于作曲家的体验:不可描述者可以被做出来。对《逻辑哲学论》第 7 命题的回应——维特根斯坦只考虑了描述性言说;作曲家与数学家虽(描述地说)一无所说,却「不必因此沉默」。
逻辑是数学的应用,不是它的地基
布尔把代数造出来迁就逻辑,逻辑只是解释而非算术;《数学原理》「错误地立基于逻辑」。「定理之被逻辑与计算证明,不多于十四行诗之被文法与修辞写成」——法典化只给证明以融贯,不给证据。
类型论不必要:允许第四类语句——虚
「此语句为假」不比 x = −1/x 更恶劣:数学的解决不是禁令而是扩类(引入 i)。第十一章对布尔代数如法炮制;1967 年罗素承认类型论「不是理论而是权宜补丁」。奇次再入根为虚,偶次再入有两实根——被类型论抛弃的结构在方程论中复权。
哥德尔当被庆祝,且需重述
完备性从不属于演算整体,只属于「一种表述对另一种表述的表征」;哥德尔印证算术比代数更丰饶。脚注:「一切真语句皆可证明,只是在某些代数中有些不可演证。」既然虚布尔值确能推出实而确定的答案,必有完全可判定、却为一次推理所不及的命题——四色与哥德巴赫即其候选。
存在是外围的,且(形式意义上)败坏
价值秩序是逐级放弃:「弃存在而就真,弃真而就指示,弃指示而就形式,弃形式而就虚空。」当今科学之弱在以存在为中心,当今逻辑之弱在以真为中心;全书通篇不需要「真」这个概念。附录二兑现之:存在推理仅当可视为全称推理时才有效——一条规则接管三段论全部繁规。
观察者不可还原
把表达式写上地球表面,同一铭文四城四读——平面书写无歧义只因默认站在最外括号之外。「一位观察者,既然他区分了他所占据的空间,他也就是一个标记」;第一区分、标记与观察者在形式中同一。
认识即回忆
「对一个宇宙的理解不来自发现它当下的样子,而来自记起我们当初做了什么把它带来。」定理是「疑时所需、信时可弃」的配角;这场旅程「在其预想中并非必要,而其形式进程一经启程即不可免」。十岁会乘除的孩子早已知道素数无穷——只是无人示以欧氏之证,他至死不知道自己知道。
世界为看见自身而构造
物理学家由他所描述的粒子构成。为了看,世界必须先切出能看与被看;「它将永远部分地躲开自身」。「就其自身信息而言,宇宙必须膨胀,以逃离我们——我们即是它——试图借以捕捉它的望远镜」;为何不更对称?——即使以所知最对称的方式开始,它也会自行失衡。
成书史与宇宙发生
宇宙发生 · 书内创世记
- 虚空——未标记态的原乡
- 区分之欲(the desire to distinguish)
- 第一区分——空间被剖开,两态成立
- 名与令——指示;两律固化为「时间戏台上的恒星」
- 初级算术——有限形式的世界
- 初级代数——形式之像的世界
- 再入——松开有限性;不定性与虚态
- 时间——为容纳自指而生
- 物质前身——振荡、记忆、计数;驻波即波动性之先驱
- 观察者——世界切出能看与被看;认出自己即第一区分,回环闭合
「我们其实一直知道两条公理相互允洽,只是在论证的某一阶段巧妙地对自己隐瞒了这一点,以便踏上一场重新发现之旅。」(第十二章注)