如果我们将“存在性”视为存在的唯一规定性,即一个对象除了“存在”本身之外没有任何内在属性或结构,那么这样的对象在数学上只能有一个——因为任何两个不同的对象必然需要某种区分,而区分就引入了额外的规定性。这个唯一的、纯粹的存在就是数学中的空集 \varnothing,它没有任何元素,仅作为“存在”本身而存在。
以此为基础,通过严格的数学定义和公理化的生成规则,我们可以推导出整个数学宇宙。以下是具体的推导路径与结论。
1. 存在性的数学定义
· 定义:存在是一个对象,记为 E,满足 \forall x (x \notin E)。即 E 不含任何元素,其唯一属性就是存在。
· 唯一性:若有两个这样的对象 E_1 和 E_2,则它们都没有元素,由外延原则(见下文)可知它们相等。故 E 唯一,记作 \varnothing。
2. 从存在到集合论公理
为了从单一的 E 生成更多的数学对象,我们需要一组合法的构造规则。这些规则本身是关于“存在”的生成法则,它们保证了新对象的存在性,同时新对象的规定性仅来自于它们由哪些已存在的对象组成(即元素关系)。以下公理构成了ZFC集合论的基础,它们是从存在性出发所必需的假设。
· 外延公理:两个集合相等当且仅当它们有相同的元素。这确保了集合由其元素唯一确定,是对象同一性的基础。
· 配对公理:对任意集合 a, b,存在集合 \{a, b\}。从 E 出发,可得 \{E\},进而 \{E, \{E\}\} 等。
· 并集公理:对任意集合 x,存在 \bigcup x,即 x 中所有元素的全体。
· 幂集公理:对任意集合 x,存在 \mathcal{P}(x),即 x 的所有子集构成的集合。
· 无穷公理:存在一个归纳集,即包含 E 且对后继运算封闭的集合。这保证了自然数集的存在,从而引入无限。
· 替换公理模式:若一个可定义函数作用于一个集合,则其像也是集合。这允许通过映射生成新集合。
· 正则公理:每个非空集合都有一个与自身不相交的元素,防止循环属于链,确保宇宙的良基性。
· 选择公理:对任意一族非空集合,存在一个选择函数。这在处理无限族时保证某些对象的存在。
3. 构造数学宇宙
利用上述公理,我们可以递归地定义冯·诺依曼层级:
· V_0 = \varnothing
· V_{\alpha+1} = \mathcal{P}(V_\alpha)
· 对极限序数 \lambda,V_\lambda = \bigcup_{\alpha<\lambda} V_\alpha
则整个宇宙 V = \bigcup_{\alpha \in \mathrm{Ord}} V_\alpha 包含了所有集合。从唯一的原始存在 \varnothing 出发,通过迭代幂集,我们得到所有遗传有限集;再通过无穷公理和替换,得到自然数、实数、函数空间等全部数学对象。
4. 推导出的核心结论
· 存在的唯一性:所有数学对象最终都可追溯至同一个原始存在 \varnothing,它们的不同仅在于由哪些存在组成。
· 数学的生成性:整个数学宇宙是由单一存在通过集合论运算(配对、并集、幂集等)逐步构造出来的,这些运算本身就是存在的组合方式。
· 无穷的必然性:从有限出发,通过幂集和无穷公理,必然产生无限多个不同的存在,因此无穷是数学的内在要求。
· 数学基础的完备性:ZFC公理体系恰好刻画了从存在出发生成一切数学对象所需的全部规则,任何数学命题都可在这个框架内表达和推导。