貝克萊悖論
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十七世紀後期,艾薩克·牛頓(Isaac Newton)、戈特弗里德·威廉·萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716)創立微積分學,成為解決眾多問題的重要而有力的工具,併在實際應用中獲得了巨大成功,然而,微積分學產生伊始,迎來的並非全是掌聲,在當時它還遭到了許多人的強烈攻擊和指責,原因在於當時的微積分主要建立在無窮小分析之上,而無窮小後來證明是包含邏輯矛盾的。
1734年,大主教喬治•貝克萊(George Berkeley) “渺小的哲學家”之名出版了一本標題很長的書《分析學家;或一篇致一位不信神數學家的論文,其中審查一下近代分析學的對象、原則及論斷是不是比宗教的神秘、信仰的要點有更清晰的表達,或更明顯的推理》。在這本書中,貝克萊對牛頓的理論進行了攻擊。例如他指責牛頓,為計算比如說x2的導數,先將x取一個不為0的增量Δx,由(x + Δx)2 − x2 ,得到2xΔx + (Δx2) ,後再被Δx除,得到2x + Δx,最後突然令Δx = 0 ,求得導數為2x 。這是“依靠雙重錯誤得到了不科學卻正確的結果”。因為無窮小量在牛頓的理論中一會兒說是零,一會兒又說不是零。因此,貝克萊嘲笑無窮小量是“已死量的幽靈”。貝克萊的攻擊雖說出自維護神學的目的,但卻真正抓住了牛頓理論中的缺陷,是切中要害的。
數學史上把貝克萊的問題稱之為“貝克萊悖論”。籠統地說,貝克萊悖論可以表述為“無窮小量究竟是否為0”的問題:就無窮小量在當時實際應用而言,它必須既是0,又不是0。但從形式邏輯而言,這無疑是一個矛盾。
對於無窮小量所帶來的數學本身非邏輯非嚴謹性的問題,那些曾具體從事微積分研究的數學家們早就有過這樣或那樣的思考,在他們之間並展開過激烈的討論和爭論。從數學的角度看,如何較好地理解這一問題或許可以被看成一個純技術性的問題;但是,從文化的角度看,我們又只有從更為廣泛的角度去進行考察,特別是密切聯繫當時在歐洲人生活中占重要地位的基督教文化,才能更好地理解圍繞無窮小運算所展開的激烈爭論及其內涵。
只有當極限的概念被引入,無窮小和零的概念才有可能在合理的邏輯條件下(動態約束)保持一致。這兩個概念的一致性是一切微積分的基礎,因而極限這一邏輯約束便無形的成為了微積分的約束。牛頓的導數和後來德國數學界所普遍接受的導數和微積分定義有出入。話說回來,微積分理論體系不可能靠一人之力完善,不應超越時代的要求牛頓解釋無窮小和零的一致性。