數學女孩:哥德爾不完備定理
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試閱內容

序章

連同感謝與友情,

將從大海收到的禮物,一起還給大海。

──《來自大海的贈禮》〔6〕

湧來,消去──潮來潮往的海浪。

日復一日,未曾停歇──潮來潮往的海浪。

潮來潮往的律動,意識朝著向自己邁進。

潮來潮往的律動,意識朝著向過去回溯。

在那段時光裡,無論是誰都準備好了將死命地拍打著翅膀迎向浩瀚的天空。

而我卻蹲坐在一個不起眼的鳥籠之中。

應當說話的自己。應當沉默的自己。

應當說起的過去。應當沉默的過去。

隨著季節更迭,每當春天造訪時,我總會不斷地想起數學的種種。

在紙上堆砌符號,試圖描繪宇宙。

在紙上寫下數式,試圖導出真理。

隨著季節更迭,每當春天造訪時,我總會不斷地想起那些女孩們。

彼此切磋那些名為數學的詞彙,

在名為青春的時光裡,與我邂逅,豆蔻年華的少女們。

我之所以得以展翅飛翔,全源於一個渺小的契機──

不知道你是否願意聆聽這樣一個,有關於我和三位青春少女的動人物語?!

第1章

鏡的獨白

「魔鏡啊,魔鏡!誰是這世界上最美的人?」

「尊貴的皇后啊!這世界上最美的人,當然就是妳啊!」

聽到這個回答,皇后十分滿意。因為她知道魔鏡只說實話。

──《白雪公主》

1.1 誠實的人是誰?

1.1.1 魔鏡啊,魔鏡!

「哥哥,你知道白雪公主的故事吧!?」由梨問我。

「這還用問嗎!……就是尋找掉了玻璃鞋公主的故事啊!」我回答道。

「那個是灰姑娘!不是白雪公主啦!……真是的。」

「是這樣嗎?」

看到我一臉裝傻的表情,由梨嚷著開什麼玩笑啦!說著說著便笑了起來。

這裡是我的房間。現在是隆冬一月。很快地,歲末年初的新年假期也要結束了。雖然假期一結束馬上就要實力測驗,但整個人就是懶懶的,怎麼都提不起勁來。

由梨今年國中二年級。而她總是叫高中二年級的我「哥哥」。儘管由梨總是哥哥 「哥哥」、「哥哥」地叫個不停,但由梨和我並不是親兄妹。我的母親和由梨的母親是親姊妹。換句話說,我和由梨是表兄妹。由梨從小就叫我「哥哥」,叫習慣了也改不過來,所以到現在還是繼續叫我哥哥。

我的房間裡擺滿了許多由梨喜歡看的書。也因此,每逢假日,住在附近的由梨一定會到我家玩。每當我用功的時候,她便在一旁看書消磨時間。

由梨開口說道。

「白雪公主那位惡毒的後母,只要一面向魔鏡,就會像這樣頌唸呢!」

「魔鏡啊!魔鏡!誰是這世界上最美麗的人?」

「嗯!『作為美人判定機的鏡子』嗎?!」我回答由梨。

「皇后之所以能夠說出這一番話,正代表了她認為自己很美麗,不是嗎?由梨我啊!每次只要一照鏡子,就會忍不住唉聲嘆氣。我不僅髮色很糟,髮尾還分岔嚴重呢!」

由梨說著說著,開始用手指把玩著自己栗褐色的馬尾。

我重新審視著由梨整個人。雖然由梨對自己的評價甚苛,但是我卻不這麼認為。望著臉上表情不斷變化的由梨,我的眼神無法移開。伶牙俐齒的由梨給我的印象總像日本搞笑團體爆米花(Pop corn)般那樣地能言善道。腦筋動得快、點子多,能舉一反三,和由梨說話一點都不會感到無聊。

「啊∼啊!好想染頭髮喔!好想變漂亮喔!」

「不行的,不行!由梨!」我開口阻止由梨道。

聽我這麼一說,由梨停下捲動髮尾的手,朝我望來。

「不行的,不行!指的是什麼事啊?」

「我說的是──由梨現在這樣子很好,不用做任何改變就、嗯、非常好了……」

「……非常好了?」

「所以就是……」

「孩子們!要不要來吃貝果啊──?」從廚房裡傳來媽媽的叫喊聲。

「我要──吃!」

剛剛還一本正經的由梨,臉上的表情立刻有了轉變,大聲地回答。

站起身來,伸手強拉我起身走的由梨,非常適合穿窄管牛仔褲,明明體型那麼窈窕纖細,卻有一身的蠻力。

「喂!喂!哥哥,你動作快一點嘛!快來去吃點心啦!」

1.1.2 誠實的人是誰?

飯廳。

「這本書有趣嗎?」

由梨伸手拿起我放在餐桌旁的數學題庫,啪啦啪啦地快速翻著。

「不知道!還沒有看過。雖然是放假前特地從學校借來看的。」

「咦?!高中圖書館裡有這種類型的書啊!……哥哥,你知道這個問題的答案嗎?題目是說──在A1∼A5的五個人當中,誠實的人是誰?!」

誠實的人是誰?

A1「在這裡,有一個人說謊。」

A2「在這裡,有兩個人說謊。」

A3「在這裡,有三個人說謊。」

A4「在這裡,有四個人說謊。」

A5「在這裡,有五個人說謊。」

「來!喜歡哪一種口味自己拿喔!」媽媽端著裝滿貝果的盤子從廚房走近餐桌。

「這個是原味的,這個是核桃口味的。而這個是羅勒口味。」

「那這個是什麼口味呢?」由梨問道。

「那個是洋蔥口味哦!」

「那,我要吃這個洋蔥口味的。」

「你呢!想吃哪個?!」媽媽將盤子推到我的眼前。傳來陣陣暖暖的香氣。

「哪個口味都好啦!喂!由梨,那個問題……」

「不行!一定要好好地選一個口味才可以。」這次,媽媽將手裡的盤子又推得更近了。

「那我選原味的。」

「可是我比較推薦核桃口味的耶!」

「什麼……那就核桃口味。」

我伸手拿起核桃貝果之後,媽媽帶著一臉滿足地轉身走回了廚房。結果,做選擇的還不是媽媽本人嘛!

「由梨,在這個問題當中,所謂的誠實的人,指的是只說實話的人嗎?」

「對!對!騙子就只會說謊。從A1到A5,哪一個才是誠實的人,而說謊的又是哪些人呢?」

「那麼,問題很簡單。誠實的人是A4。而說謊的是其他四個人。」

「嘖!真是無趣的喵……哥哥,居然這麼快就說出答案了!」

我這個小表妹,偶爾會突然口吐貓語。畢竟,還是個孩子……。

「這個問題,將老實人的人數依場合作分類,馬上就可以回答得出來囉!」我回答道。「不管怎麼樣,誠實的人有零到五個人不等。首先,如果誠實的人有零個(換句話說,五個人全部都說謊)的話,這個假設不可能成立。因為,A5明明就已經說得很清楚了『在這裡,有五個人說謊』。也就是說,如果A5所言屬實的話,那麼A5一定就是那個唯一誠實的人了。可是這麼一來,A5所主張的『有五個人說謊』的說法,便無法成立。這樣不是很奇怪嘛!」

「嗯嗯∼」由梨點頭如倒蒜地附和著。

「接著,以誠實的人有一個(換句話說,說謊有四個人)為前提來思考。在這種情況下,因為只有A4是正確的發言,所以A4就是那個唯一誠實的人。而剩下的四個人都說謊。這麼一來,就完全合邏輯了。」

「說得也是!」由梨一臉高興的樣子。

「再來,以誠實的人有兩個(換句話說,說謊有三個人)為前提來思考。在這種情況下,只有A3是正確的發言。那麼,A3正確的發言應該是『有三個人說謊』才對;但事實上是『說謊的有四個人』,這麼一來,就完全不合邏輯了。同樣地,以誠實的人有三、四、五個的前提出發來思考的話,也完全不合邏輯。結果,最後理所當然的,A4就是那個唯一誠實的人了──還真是有趣呢!」

「什麼有趣?」

「不用A、B、C、D、E當作人名,而是使用了像編號一樣的作法,將人名以A1、A2、A3、A4、A5代替。」

「這樣啊──」

「出個一般化之後的問題好了。不知道由梨解不解得開這個問題呢?」我說道。

誠實的人是誰?(一般化)

B1「在這裡,有一個人說謊。」

B2「在這裡,有兩個人說謊。」

B3「在這裡,有三個人說謊。」

B4「在這裡,有四個人說謊。」

B5「在這裡,有五個人說謊。」

Bn-1「在這裡,有(n-1)個人說謊。」

Bn「在這裡,有n個人說謊。」

「這個n是什麼?」由梨咬著貝果,發出了疑問。

「嗯!這真是個好問題呢!文字n代表某個自然數。」

「人家聽不懂啦!即使哥哥你告訴我這個n是自然數……莫非是我要從無限的茫茫人海中做人肉搜索嗎?!」

「並不是無限的人海茫茫啊!因為條件中已經給了妳這個叫做n的數字啊!所以,妳只要從B1,B2,……Bn等n個人當中找出答案來就可以了。並沒有要妳從無數個人中下手。」

「這樣啊!並不是無窮多個啊!」

「這個問題,只要把它當作五個人的時候一樣,來思考就可以了,對吧?!」

「咦?!……啊!我懂了!Bn-1就是那個誠實的人。」

「正確答案。由梨妳真的相當聰明呢!」

「哦呵呵!這種題目實在太簡單了。因為誠實的只有一個人,那麼說謊的人自然就是(n-1)個人啦。」由梨開玩笑地說道。

「在這裡,因為n這個數字的緣故,所以把問題給一般化了。也就是說──

『因文字的導入所引起的一般化』──的意思喔!」

「就是說n可以是任何數字嗎?」

「沒錯!n可以是自然數1,2,3,………中的任何一個數字喔!」

「唔。這樣很奇怪!很奇怪──耶!」由梨說道。「當n=1時,不就沒有人是誠實的了嗎!」

誠實的人是誰?(n=1的情況)

C1「在這裡,有一個人說謊。」

「嗯?在這種時候,就要回答『沒有人是誠實的』。」我回答道。

「咦!這樣太奇怪了吧!說起來,C1到底是誠實的人呢?還是說謊的人呢?」

「是說謊的人吧?」

「那麼,不就是有一個人在說謊了嗎?C1本人就是那個說謊的人啊!這樣一來,原本說謊的人,反倒說了實話呢!」

「啊……好像也是呢!可是,C1也不是誠實的人。因為明明就只有自己一個人,還眼說瞎話地說『有一個人在說謊』。這不就成了原本是誠實者的C1,反而自己本身變成了說謊的人……嗯,或許這個問題本身就不能成立。」

「問題──不成立?」

「嗯,會演變成這樣的結論。因為問題的條件是在『不是誠實者,就是說謊者』這樣奇怪的前提下。當n=1的時候,問題便無法成立。」

「就是說這是個無法決定是哪一個答案的問題嗎?」

「嗯。因為我們無法決定C1到底是誠實的呢?還是在說謊?說起來……由梨妳還真是犀利呢!」

「喵哈哈。可是,無法決定答案還真是討人厭呢!人家希望可以輕而易舉解開的喵∼」

「就是啊!」

「我知道了!剛剛的答案應該是,說謊的人就是『出題者』本人啦!」

「那是什麼鬼答案啊!」

1.1.3 相同的答案

我繼續思考著新的題目。

「好!由梨。看看這一題妳可不可以解得出來?」

會出現相同答案的問題是?

試著思去考出一個問題,讓回答者不管是誠實的人或是說謊的人,說出來的都會是「相同的答案」。並且,這個問題只能用「是」或「不是」來回答。

「我搞不懂題目的意思耶!『相同的答案』是什麼意思?」

「就是誠實的人跟說謊的人,說出來的答案都會變成一樣。如果誠實的人回答『是』的話,那麼說謊的人也會回答『是』。而相反地,如果誠實的人回答『不是』的話,那麼說謊的人也會回答『不是』……就是這樣的問題。」

「有這種問題嗎?」

由梨變得一臉正經,開始思考問題。我最喜歡由梨思考時的表情了。儘管,她常常不作思考就豎起了白旗,立刻說出「人家不會啦」……。

「怎麼樣?由梨,解得出來嗎?」

「簡單噢。只要像這樣問就可以了。」

「你是誠實的人嗎?」

「沒錯!沒錯!真的很厲害。」

「誠實的人因為是誠實的,所以自然就會回答『是』,而說謊的人因為會說謊,所以也會跟著回答『是』。兩個人都只會回答『是』這個答案。」

「說的很好!誠實的人答的『是』,完全屬實。而說謊的人答的『是』,則是謊言,對吧!?──我們也可以像這樣問喔!」

「你是個說謊的人嗎?」

「對耶!這樣的話,不管是誠實的人也好,說謊的人也好,都會回答『不是』這個相同的答案了。」

「讓你們久等了!」媽媽端來了飲料。「來!請喝可可亞。」

「咦……如果是咖啡就好了!」我說道。「算了!也無所謂。」

「人家可是很喜歡阿姨泡的可可亞喔!」由梨說道。

「我的小由梨,真是個貼心的乖孩子!」媽媽說道。

「……我說,哥哥。『誠實的人與說謊的人』的角色設定,還真的是很厲害呢!對吧?因為,所謂的誠實的人,就只會說實話啊!開口說出來的也只可能是真的事情。實在很厲害呢!」

「還好啦!喂!由梨,說謊的人與誠實的人具有相同的能力──妳知道嗎?」

「咦?這是什麼意思?」由梨看著我。

「因為說謊的人,是絕對會說謊言,不可能說實話的啊!在這種情況下,說謊的人就必須像誠實的人一樣,擁有能看穿真相的能力。否則,很有可能就會一不小心脫口說出實話來。」

「耶!確實如此!『一不小心脫口說出實話來』還滿有趣的喵∼」

「就算有多不小心,也絕對不可以說謊喔!你們兩個。」媽媽說道。

1.1.4 名為沉默的答案

「……啊!由梨我也想到一個新的題目囉!剛剛我們所思考的問題是,誠實的人的答案跟說謊的人的答案會相同。那麼,像這條如何?當然也只能回答『是』或『不是』呀!」

無法回答的問題是?

說謊的人可以回答得出來,但是誠實的人卻回答不出來的問題是什麼呢?

「嗯──嗯!原來如此!」我說道,並陷入了思考。「出條誰也不知道答案的問題如何?就像是──『孿生質數(Twin Prime,兩個質數的差為2,數學家稱這樣的質數為雙生質數)存在有無窮多個嗎?』之類的問題。」

「這個叫做孿生質數是什麼?」

「所謂的孿生質數,指的就是差為2的質數對。就像是3和5、5和7這一類的質數對。究竟是不是有無窮多個,截至目前為止還沒有人知道答案。」

「意思有點不一樣耶!『孿生質數存在有無窮多個嗎?』這個問題,只是暫時沒有答案,對吧!也許哪一天說不定就會被解開了呀!而且在『孿生質數存在有無窮多個嗎?』這個問題當中,就連說謊者也會啞口無言了不是嗎?只要無法瞭解事情的真相,即使是騙子也會連謊都說不成啊!」

「說得的確很有道理。」

「人家由梨我啊!想到的問題是這個噢!」

「在這個問題當中,你會回答『不是』嗎?」

「好有趣!由梨妳想的這個問題非常有趣耶!如果要誠實的人來回答的話……誠實的人如果回答了『是』的話,因為沒有回答『不是』,所以就會變成了說謊的結果。如果回答『不是』的話,卻會因真的回答了『不是』而變成說謊的結果……這還真是有點棘手呢!因為誠實的人不會說謊,所以既不能回答『是』,也不能回答『不是』啊!」

「就是說啊!說謊的人只要回答『是』就可以了。因為即使是謊言也無所謂啊!」

「說謊的人就算回答了『不是』也無所謂噢。反正都是說謊啊!」

「還真是複雜呢──」由梨笑著說道。

「的確。」我也笑了起來。這麼一來,誠實的人就只能保持「緘默」不做任何回答了。

商品簡介

「數學是不完全的嗎?」逼近「不完全性定理」的真實,魅惑而動人的數學物語。

本書中出現有各式各樣的數學問題,從簡單到小學生都懂得的部分,至困難到會嚴重動搖整個數學界的世紀難題都有。

除了使用語言及圖形來表現故事主人翁的思考脈絡之外,另也會使用到數學公式來做表達。

每當遇有無法理解數學公式涵義的時候,請不妨先跳過卡住的數學公式,暫且隨著故事的情節發展往下走。蒂蒂和由梨會陪伴著你一起往前走。

而對數學有自信的讀者們,在享受故事情節之餘,也不要忘了動動腦挑戰看看書中的數學公式哦!如此一來,你將可以體味到隱藏在故事背後的其他趣味。

或許,聰敏的你能超越那些數學天才們,挖掘出的不為人知的祕密噢!

最受日本高校生喜愛の青春物語系列最新作!!

「數學是不完全的嗎?」

不斷地輪轉,不斷地更迭,這個季節。

看起來雖然很像,但卻不是單純的迴圈。

而是一邊重複一邊往上延伸的──螺旋……

我和三個少女,逼近「不完全性定理」的真實,

如果是蒂蒂的話,就不會是由梨……

魅惑而動人的數學物語。

在數學當中,雖然單純卻不明顯的定理或關係,

其數量確實多到叫人吃驚。

……試想,在某種意義上,數學的這個性質不正好反映了

──世界的秩序與規則性。

這個世界看起來比只作表面觀察的時候,

還來得更偉大,而這種偉大可說是無法比擬的。

~哥德爾~

隨著季節更迭,每當春天造訪時,我總會不斷地想起數學的種種。

在紙上記列著數學符號,試圖描繪出宇宙。

在紙上書寫下數學公式,試圖引導出真理。

隨著季節更迭,每當春天造訪時,我總會不斷地想起那些女孩們。

彼此切磋那些名為數學的詞彙,

在名為青春的時光裡,與我所邂逅的豆蔻年華的少女們──

我和三位青春少女的動人物語。

我之所以得以展翅飛翔,全源於一個渺小的契機……

~謹此獻給哥德爾,以及世界上所有的數學家們~

作者簡介

結城浩

1963年生。執筆寫作有關程式語言、設計模式、密碼、數學等等領域的入門書。最新著作是「數學女孩系列」。是一個最喜歡巴哈的「賦格的藝術」作品的新教基督徒。著有《數學女孩──費馬最後定理》等書。

審訂者簡介

王銀國

台大物理學博士,現任台師大通識教育中心副教授,開授「邏輯思考與應用、科技與人文的對話」等通識課程。曾監製紀錄片《翻滾吧!男孩》。目前籌拍《作弊》、《天魔前傳》、《愛麗絲的婚禮》、《阮老爸是師公》、《天魔Ⅰ,Ⅱ》、《理想國》、《命》等電影。

洪萬生

紐約城市大學(CUNY)科學史博士,國立台灣師範大學數學系學士、碩士。國立台灣師範大學數學系教授兼主任(2007/8/1-2009/7/31)、台灣數學教育學會理事長(2007-2009)、國際科學史學院通訊會員、Historia Mathematica(國際數學史雜誌)編輯委員、《HPM通訊》發行人、台灣數學(虛擬)博物館創始人之一。

譯者簡介

鍾霓

中國文化大學新聞研究所碩士。曾經是個寫字的人,現為兼職翻譯,下一個身分尚待確認。鍾情於旅行、閱讀、寫字,並耽於在現實與夢想之間搖擺不定。譯有《數學女孩──費馬最後定理》、《熱情》等書。

名人推薦

◎台灣師範大學通識教育中心副教授王銀國審訂&推薦!!

◎前國立台灣師範大學數學系教授兼主任洪萬生審訂&推薦!!

◎北一女數學老師王嘉慶瘋狂按讚推薦!!

數學女孩:哥德爾不完備定理
数学ガール:ゲーデルの不完全性定理
作者:結城浩
譯者:鍾霓
出版社:世茂出版有限公司
出版日期:2012-04-27
ISBN:9789866097416
定價:399元
特價:79折  315
特價期間:2021-03-03 ~ 2021-04-15其他版本:二手書 48 折, 190 元起