Tuesday, September 1, 2026

Bản Thể Học — Hành Trình Của Một Câu Hỏi: Có Gì Hiện Hữu Và Hiện Hữu Là Gì? (20)

Bản Thể Học

Hành Trình Của Một Câu Hỏi: Có Gì Hiện Hữu Và Hiện Hữu Là Gì?

(Từ Hy Lạp Cổ Đại Đến Những Câu Hỏi Về Thực Tại Ngày Nay)

( ← ... tiếp theo )

 



 

21. Russell: Phân Tích Lôgíc Và Vấn Đề Hiện Hữu (tiếp)

21.3. Logicism: Địa Vị Bản Thể Học Của những Thực Thể Toán Học

 

Câu hỏi — những số và những thực thể toán học có phải là những đối tượng tồn tại độc lập, hay có thể giải thích chúng bằng lôgích?

Russell không chỉ đưa lôgích vào việc phân tích ngôn ngữ. Ông còn muốn dùng lôgích để giải quyết một vấn đề nằm sâu hơn: nền tảng của toán học.

Khi chúng ta viết:

1 + 1 = 2

chúng ta thường coi 1, 2, + và = là những khái niệm đã có sẵn. Toán học thông thường có thể bắt đầu từ đó. Nhưng nếu hỏi về nền tảng của toán học, chúng ta phải đặt câu hỏi trước đó:

“1 là gì?”

“2 là gì?”

“Một số có địa vị như thế nào?”

“Những mệnh đề số học dựa trên những nguyên lý nào?”

Đây là nơi Logicism — Thuyết Lôgích Toán học của Russell xuất hiện.

Logicism là chương trình nhằm thu giảm toán học về lôgích học: tìm cách cho thấy rằng những khái niệm cơ bản của toán học có thể được định nghĩa bằng những khái niệm lôgích, và những đúng-thật toán học có thể được suy diễn từ những đúng-thật lôgích. Mục tiêu này đã được Russell trình bày rõ trong The Principles of Mathematics (1903), rồi được ông cùng Alfred North Whitehead phát triển thành một hệ thống đồ sộ trong Principia Mathematica (1910–1913). [1]

Cần hiểu đúng chữ “thu giảm” ở đây. Russell không nói rằng toán học chỉ là một trò chơi ký hiệu, càng không nói rằng những số chỉ là những ký hiệu do chúng ta đặt ra. Ông muốn tìm một cách giải thích trong đó địa vị của những khái niệm toán học có thể được xác định từ những khái niệm lôgích cơ bản hơn.

Nói cách khác, thay vì đưa số vào hệ thống như những đối tượng nguyên thủy rồi xây dựng toán học trên chúng, Logicism hỏi liệu chúng ta có thể xây dựng hoặc định nghĩa số từ những nguyên lý đã có trong lôgích hay không.

Từ số học quen thuộc đến câu hỏi về nền tảng

Hãy lấy số 2 làm ví dụ.

Chúng ta có:

  • hai quả táo;
  • hai cuốn sách;
  • hai người;
  • hai cái ghế.

Những đối tượng này hoàn toàn khác nhau. Quả táo không giống cuốn sách; cuốn sách không giống con người. Thế nhưng chúng ta đều nói rằng mỗi nhóm có hai thành viên.

Vậy “hai” nằm ở đâu?

Không có một vật thể tên là 2 nằm bên cạnh hai quả táo. Cũng không có một vật thể trừu tượng nào cần phải xuất hiện bên cạnh hai cuốn sách để làm cho chúng trở thành “hai”.

Điểm chung nằm ở cấu trúc của những lớp.

Nếu có hai quả táo:

quả táo A, quả táo B

và hai cuốn sách:

cuốn sách A, cuốn sách B,

chúng ta có thể thiết lập một tương ứng một-một:

quả táo A ↔ cuốn sách A

quả táo B ↔ cuốn sách B.

Không cần biết những đối tượng ấy có tính chất vật lý gì, chỉ cần có thể ghép từng thành viên của lớp thứ nhất với đúng một thành viên của lớp thứ hai và ngược lại, chúng ta biết hai lớp có cùng lực lượng.

Đây là cơ sở để Russell phân tích khái niệm số.

Trong The Principles of Mathematics, ông viết: “Mathematically, a number is nothing but a class of similar classes.”

Có thể dịch theo hệ thuật ngữ đang sử dụng: “Về mặt toán học, một số chẳng qua là một lớp của những lớp tương tự nhau.”

Ở đây “tương tự” không có nghĩa là giống nhau về hình dạng, màu sắc hay bất kỳ tính chất vật lý nào. “Tương tự” có nghĩa lôgích: hai lớp tương tự nhau khi có thể thiết lập một tương ứng một-một giữa những thành viên của chúng.

Vì vậy, lớp gồm hai quả táo và lớp gồm hai cuốn sách có thể thuộc cùng một lớp rộng hơn, bởi cả hai đều có cùng lực lượng.

Theo cách này, số 2 không cần được xem như một vật thể trừu tượng tồn tại độc lập với mọi lớp cụ thể. Nó có thể được xác định thông qua quan hệ lôgích giữa những lớp có cùng lực lượng.

Đây là điểm cốt lõi của Logicism.

Russell muốn thay đổi câu hỏi từ:

“Số 2 tồn tại ở đâu?”

sang:

“Số 2 có thể được định nghĩa như thế nào bằng những quan hệ và khái niệm lôgích?”

Sự thay đổi này rất quan trọng. Nếu một khái niệm toán học có thể được định nghĩa bằng những khái niệm lôgích cơ bản hơn, thì chúng ta không cần đưa khái niệm ấy vào nền tảng của toán học như một thực thể nguyên thủy chưa được giải thích.

Vì sao phải xây dựng cả một hệ thống?

Một người đọc không chuyên có thể hỏi: nếu ý tưởng về số 2 đơn giản như vậy, tại sao Principia Mathematica lại cần đến ba tập sách và hàng nghìn trang?

Bởi Russell và Whitehead không muốn giải thích riêng số 2. Họ muốn xây dựng một nền tảng lôgích cho toán học.

Muốn làm được như vậy, họ phải đi từ những nguyên lý rất cơ bản của lôgích, rồi từng bước xây dựng những khái niệm cần thiết cho toán học. Không thể đơn giản nói:

“Số 2 là lớp của những lớp có hai thành viên”

rồi coi toàn bộ vấn đề đã được giải quyết. Chính những từ như “lớp”, “thành viên”, “có cùng lực lượng”, “tương ứng”, cũng phải được xác định trong một hệ thống có những quy tắc rõ ràng.

Vì thế, Principia Mathematica phải xây dựng một ngôn ngữ hình thức và một hệ thống suy diễn trong đó những mệnh đề có thể được chứng minh theo những quy tắc xác định.

Có thể hình dung Logicism như một quá trình đi ngược từ toán học quen thuộc về nền tảng của nó:

toán học → số học → số → lớp và quan hệ → lôgích

rồi từ nền tảng ấy xây dựng trở lại:

lôgích → định nghĩa → số → số học → toán học.

Đây không phải là hai ngành riêng biệt được đặt cạnh nhau. Đó là một chương trình xây dựng nền tảng: Russell muốn chứng minh rằng những gì chúng ta gọi là toán học có thể được phát triển từ một nền tảng lôgích đủ chặt chẽ.

Vì sao Nghịch lý Russell trở thành một vấn đề?

Chính tại đây xuất hiện một khó khăn rất lớn. [2]

 

Nếu chúng ta nói về những lớp, chúng ta phải quy định rất chặt chẽ những lớp nào được phép hình thành.

Nếu không, có thể xuất hiện những lớp dẫn đến mâu thuẫn.

Nghịch lý Russell có thể được diễn đạt bằng một câu hỏi đơn giản:

Có một lớp gồm tất cả những lớp không là thành viên của chính chúng. Lớp ấy có là thành viên của chính nó không?

Nếu trả lời có, thì nó không thể là thành viên của chính nó, bởi nó được định nghĩa là lớp của những lớp không là thành viên của chính chúng.

Nếu trả lời không, thì nó lại thỏa mãn điều kiện để thuộc vào lớp ấy, bởi nó là một lớp không là thành viên của chính nó.

Cả hai trả lời đều dẫn đến mâu thuẫn.

Đối với Logicism, đây không phải một vấn đề bên lề. Nếu Russell muốn xây dựng toán học từ lôgích, thì chính hệ thống nền tảng ấy phải tránh được những mâu thuẫn như vậy.

Vì thế, Principia Mathematica phải đưa ra những giới hạn nghiêm ngặt về cách hình thành những biểu thức và những lớp. Từ đây có thuyết về những loại (Theory of Types), trong đó những đối tượng, những lớp và những cấu trúc lôgích được phân biệt theo những loại và cấp độ khác nhau.

Người đọc không cần nắm toàn bộ kỹ thuật của thuyết này để hiểu Logicism. Điểm cần nhớ là:

Không phải mọi biểu thức đều có thể được hình thành theo mọi cách; những quy tắc của hệ thống phải ngăn một cấu trúc quay trở lại và chứa chính cấu trúc đã được dùng để xác định nó.

Do đó, Principia Mathematica không chỉ tìm cách thu giảm toán học về lôgích học. Công trình còn phải xây dựng một cấu trúc lôgích đủ chặt chẽ để chương trình thu giảm ấy không tự dẫn đến mâu thuẫn.

 

Từ “1 + 1 = 2” Đến Toàn Bộ Toán Học

Một cách tốt để hiểu tham vọng của Principia Mathematica là nhìn vào mệnh đề quen thuộc:

1 + 1 = 2.

Đối với người học toán, đây là một mệnh đề quá đơn giản để cần giải thích. Nhưng đối với Russell và Whitehead, nếu mục tiêu là xây dựng nền tảng cho toán học, thì chính những khái niệm làm nên mệnh đề ấy phải được giải thích.

“1” là gì?

“2” là gì?

“+” là gì?

“=” biểu thị quan hệ nào?

Những quy tắc nào cho phép suy ra mệnh đề này?

Vì vậy, việc Principia Mathematica chỉ đi đến một mệnh đề tương đương với 1 + 1 = 2 sau một chuỗi xây dựng rất dài không phải là một sự kỳ quặc. Nó cho thấy chính xác mục tiêu của công trình: không coi những khái niệm sơ cấp của toán học là những điểm xuất phát không cần giải thích, mà tìm cách truy chúng về những nguyên lý cơ bản hơn.

Đối với toán học thông thường, 1 + 1 = 2 là điểm xuất phát gần như hiển nhiên.

Đối với chương trình của Russell và Whitehead, nó là một kết quả phải được xây dựng trong hệ thống.

Sự khác biệt ấy cho thấy Logicism không chỉ quan tâm đến việc chứng minh một mệnh đề đúng. Nó quan tâm đến cơ sở làm cho mệnh đề ấy có thể được phát biểu, định nghĩa và chứng minh.

Ý nghĩa bản thể học của Logicism

Đến đây mới thấy rõ tại sao Logicism có vị trí trong bản thể học.

Nếu chúng ta coi số 2 là một đối tượng tồn tại độc lập, chúng ta phải đưa số vào danh mục những gì thuyết của mình thừa nhận là tồn tại.

Nhưng nếu có thể xác định số 2 bằng một cấu trúc lôgích, thì tình hình thay đổi. Chúng ta không còn phải bắt đầu bằng một đối tượng nguyên thủy gọi là “2”. Ta có thể giải thích địa vị của số thông qua những quan hệ và cấu trúc mà hệ thống lôgích đã xác định.

Vì vậy, Logicism không đơn giản nói:

“Các số không tồn tại.”

Luận điểm tinh tế hơn:

“Không nhất thiết phải xem những số như những thực thể nguyên thủy mà nền tảng toán học phải giả định ngay từ đầu.”

Đây là một khác biệt quan trọng. Russell không phủ nhận rằng chúng ta có thể nói về số, chứng minh những mệnh đề về số và sử dụng số trong toán học. Ông muốn biết chúng ta cần giả định gì để làm được tất cả những việc ấy. Nếu có thể xây dựng số từ những khái niệm lôgích cơ bản hơn, thì một phần gánh nặng bản thể học của toán học được giảm xuống.

 

Theo nghĩa này, Logicism đưa ra một nguyên tắc có ý nghĩa rộng đối với triết học:

Trước khi thừa nhận một loại thực thể mới, hãy xem liệu địa vị của nó có thể được giải thích bằng những cấu trúc cơ bản hơn hay không.

 

Đây chính là lý do Principia Mathematica quan trọng đối với dự án triết học của Russell. Công trình không chỉ tìm cách đặt toán học trên một nền tảng lôgích chặt chẽ; nó còn cho thấy phân tích lôgích có thể làm thay đổi cách chúng ta xác định những gì một thuyết phải thừa nhận là tồn tại.

 

Tuy nhiên, không nên diễn đạt kết quả của Logicism bằng công thức đơn giản “toán học = lôgích”. Principia Mathematica là một chương trình phức tạp, phải sử dụng một hệ thống lôgích rất tinh vi và phải đối mặt với những vấn đề liên quan đến những nguyên lý cần thiết cho việc xây dựng toán học. Đặc biệt, tiên đề vô hạn và tiên đề khả quy trở thành những điểm khó khăn đối với tham vọng thu giảm toán học về lôgích học theo nghĩa hoàn toàn thuần túy.

 

Do đó, điều quan trọng cần giữ lại không phải là khẩu hiệu “toán học chỉ là lôgích”, mà là tham vọng của Russell và Whitehead: tìm một nền tảng trong đó những khái niệm và đúng-thật toán học có thể được giải thích và suy diễn từ những nguyên lý lôgích cơ bản, qua đó giảm nhu cầu phải giả định những thực thể toán học như những thành phần nguyên thủy của nền tảng toán học.

 

Ở đây, câu hỏi về địa vị bản thể học của số gặp trực tiếp câu hỏi về nền tảng của toán học. Và chính tại điểm gặp ấy, Logicism trở thành một phần quan trọng trong bản thể học của Russell.

 

 

Lê Dọn Bàn tổng hợp – bản nháp thứ nhất

(Aug/2026)

(Còn tiếp. . . →)

http://chuyendaudau. blogspot. com/

http://chuyendaudau. wordpress. com

 



[1] Logicism — Thuyết Lôgích Toán học và Principia Mathematica

Chính lựa chọn thứ hai — tìm cách giải thích những khái niệm toán học bằng những khái niệm lôgích thay vì mặc nhiên giả định một lĩnh vực riêng gồm những thực thể toán học — nằm ở trung tâm của Logicism, hay Thuyết Lôgích Toán học của Russell.

Để hiểu chương trình này, trước hết cần thấy rằng Russell không đặt câu hỏi về toán học chỉ theo nghĩa thông thường: “Những mệnh đề toán học có đúng hay không?” Ông đặt một câu hỏi nền tảng hơn:

“Những đúng-thật toán học dựa trên đâu?”

Chẳng hạn, khi chúng ta nói:

1 + 1 = 2

chúng ta thường dùng những khái niệm 1, 2, + mà không đặt câu hỏi chúng từ đâu mà có. Trong toán học thông thường, chúng có thể được dùng như những khái niệm cơ bản. Nhưng đối với Russell, một triết gia đang tìm nền tảng cho toán học, đây chưa phải điểm kết thúc. Ông muốn hỏi: những khái niệm ấy có thể được phân tích và định nghĩa từ những khái niệm nào đơn giản hơn? Những đúng-thật toán học có thể được suy diễn từ những nguyên lý nào?

Từ đây xuất hiện chương trình thu giảm toán học về lôgích học.

Theo Logicism, những khái niệm toán học có thể được định nghĩa bằng những khái niệm lôgích, còn những đúng-thật toán học có thể được suy diễn từ những đúng-thật lôgích. Nếu chương trình này thành công, toán học không cần bắt đầu bằng việc giả định sẵn một thế giới gồm những số và những thực thể toán học khác. Thay vào đó, có thể xây dựng những khái niệm toán học từ những nguyên lý lôgích cơ bản hơn.

Russell đã theo đuổi chương trình này trước khi Principia Mathematica ra đời. Trong The Principles of Mathematics (1903), ông đã đặt mục tiêu xây dựng toán học từ một số rất nhỏ những khái niệm và nguyên lý cơ bản. Đến Principia Mathematica, ông cùng Alfred North Whitehead tìm cách thực hiện chương trình ấy bằng một hệ thống lôgích hình thức có quy mô rất lớn.

Principia Mathematica được Russell và Whitehead xuất bản trong ba tập, từ 1910 đến 1913. Đây là một trong những công trình lớn nhất của lôgích học đầu thế kỷ XX.

Tên sách có thể hiểu là “Những nguyên lý của toán học”. Nhưng người đọc không nên hình dung đây là một cuốn sách trình bày toán học theo cách thông thường. Russell và Whitehead không bắt đầu bằng những phép tính quen thuộc rồi giải thích cách thực hiện chúng. Họ đi theo hướng ngược lại: xây dựng những nền tảng lôgích mà từ đó những khái niệm và mệnh đề toán học có thể được phát triển.

Nói đơn giản, toán học thông thường có thể bắt đầu bằng:

1, 2, 3, 4...

rồi dùng những số ấy để xây dựng những phép tính ngày càng phức tạp.

Russell và Whitehead muốn hỏi:

“Trước khi có 1, 2, 3..., chúng ta phải có những gì?”

Vì vậy, họ phải làm rõ trước những khái niệm và nguyên tắc của lôgích, sau đó xây dựng những khái niệm toán học từ nền tảng ấy.

Đây là lý do Principia Mathematica có hình thức rất khác với sách toán mà chúng ta thường đọc. Người đọc phải đi qua một hệ thống ký hiệu, định nghĩa, nguyên tắc và chứng minh rất dài trước khi gặp những kết quả mà toán học phổ thông xem là hiển nhiên.

Một ví dụ nổi tiếng là mệnh đề:

1 + 1 = 2

chỉ xuất hiện sau một chuỗi xây dựng rất dài. Điều này không có nghĩa Russell và Whitehead phải mất nhiều trang để chứng minh một phép cộng đơn giản. Vấn đề là họ muốn xây dựng những khái niệm làm cho chính mệnh đề ấy trở thành một mệnh đề có thể được phát biểu và chứng minh trong hệ thống.

Nói cách khác, họ không chỉ hỏi:

“1 + 1 bằng bao nhiêu?”

mà hỏi:

“‘1’, ‘2’, ‘+’ và ‘=’ có thể được xác định như thế nào, và từ những nguyên lý nào có thể chứng minh rằng 1 + 1 = 2?”

Đó chính là tinh thần nền tảng của Logicism.

Số là gì?

Vấn đề về số cho thấy rõ nhất tham vọng của Russell.

Nếu nói rằng 2 tồn tại, chúng ta phải giải thích “2” là gì. Nó không phải một vật thể cụ thể như một cái bàn hay một quả táo. Nhưng nó cũng không phải một âm thanh hay một ký hiệu đơn thuần. Ký hiệu “2” chỉ là cách chúng ta biểu thị số 2.

Vậy số 2 có địa vị nào?

Russell tìm cách trả lời câu hỏi ấy bằng cách phân tích lực lượng của những lớp.

Hãy xét hai lớp:

{quả táo A, quả táo B}

và:

{cuốn sách A, cuốn sách B}.

Các quả táo và những cuốn sách hoàn toàn khác nhau. Nhưng có thể thiết lập một tương ứng một-một:

quả táo A ↔ cuốn sách A
quả táo B ↔ cuốn sách B.

Không có thành viên nào của lớp thứ nhất bị bỏ lại và không có thành viên nào của lớp thứ hai được ghép với hai thành viên khác nhau. Hai lớp vì thế có cùng lực lượng.

Russell dùng cấu trúc này để giải thích số. Trong The Principles of Mathematics, ông viết:

“Mathematically, a number is nothing but a class of similar classes.”

Có thể dịch:

“Về mặt toán học, một số chẳng qua là một lớp của những lớp tương tự nhau.”

“Lớp” ở đây không nên hiểu như một vật thể. Một lớp là một tập hợp những đối tượng được xem xét cùng nhau theo một điều kiện xác định. Hai lớp được gọi là tương tự khi có thể thiết lập một tương ứng một-một giữa những thành viên của chúng.

Do đó, lớp gồm hai quả táo và lớp gồm hai cuốn sách cùng thuộc về một lớp rộng hơn: lớp của tất cả những lớp có cùng lực lượng với chúng.

Theo cách ấy, số 2 không cần được hình dung như một vật thể trừu tượng nằm ở đâu đó bên ngoài những lớp cụ thể. Số được xác định thông qua một cấu trúc lôgích.

Đây là điểm quan trọng nhất cần giữ lại đối với người đọc không chuyên:

Russell không giải thích số bằng cách hỏi “số tồn tại ở đâu?”, mà bằng cách phân tích cấu trúc lôgích qua đó khái niệm số được xác định.

Tại sao phải có một hệ thống lôgích phức tạp đến vậy?

Nếu chỉ định nghĩa số 2 theo cách trên, vấn đề có vẻ khá đơn giản. Nhưng khi Russell cố gắng xây dựng toàn bộ toán học từ lôgích, những khó khăn nghiêm trọng xuất hiện.

Một trong những khó khăn lớn nhất liên quan đến những lớp.

Nếu chúng ta cho phép tạo ra một lớp bất kỳ nào cũng được, chúng ta có thể hình thành những lớp dẫn đến nghịch lý. Chính Russell đã phát hiện một nghịch lý nổi tiếng liên quan đến việc một lớp có thể hay không thể là thành viên của chính nó.

Có thể diễn đạt rất đơn giản như sau.

Hãy xét:

lớp của tất cả những lớp không phải là thành viên của chính chúng.

Bây giờ hỏi:

Lớp này có phải là thành viên của chính nó không?

Nếu nó là thành viên của chính nó, thì theo điều kiện dùng để xác định lớp, nó không được là thành viên của chính nó.

Nhưng nếu nó không phải là thành viên của chính nó, thì nó lại thỏa mãn điều kiện để thuộc về lớp ấy; do đó nó phải là thành viên của chính nó.

Cả hai khả năng đều dẫn đến mâu thuẫn.

Đây là Nghịch lý Russell.

Nghịch lý này có ý nghĩa đặc biệt đối với Logicism vì Russell và Whitehead không thể chỉ bỏ qua nó. Nếu mục tiêu là xây dựng một nền tảng lôgích cho toán học, thì hệ thống nền tảng ấy phải tránh những mâu thuẫn như vậy.

Từ đây xuất hiện thuyết về những loại (Theory of Types).

Ý tưởng cơ bản là không phải mọi biểu thức đều được phép đứng ở cùng một cấp độ và không phải mọi lớp đều có thể được hình thành theo cùng một cách. Phải có sự phân biệt giữa những loại khác nhau để ngăn những vòng quay lôgích dẫn đến nghịch lý.

Có thể hình dung rất sơ lược:

  • đối tượng thuộc một loại;
  • những lớp gồm những đối tượng ấy thuộc một loại cao hơn;
  • những lớp của những lớp ấy lại thuộc một loại khác;
  • không thể tùy tiện để một cấu trúc quay trở lại và chứa chính cấu trúc đã được dùng để xác định nó.

Đây chỉ là hình dung sơ bộ. Thuyết về những loại trong Principia Mathematica phức tạp hơn nhiều, nhưng đối với mục đích hiện tại, điểm cần hiểu là: Russell phải đặt ra những giới hạn về cách hình thành những lớp và những mệnh đề để bảo đảm hệ thống không tự dẫn đến mâu thuẫn.

Từ Logicism đến nền tảng của toán học

Như vậy, Principia Mathematica không chỉ nhằm chứng minh rằng một số mệnh đề toán học là đúng. Russell và Whitehead muốn trả lời một câu hỏi sâu hơn:

Toán học có thể được xây dựng trên một nền tảng lôgích chặt chẽ đến mức nào?

Để thực hiện mục tiêu ấy, họ phải giải quyết đồng thời nhiều vấn đề: định nghĩa số, xác định những quan hệ cơ bản giữa những lớp, xây dựng những phép toán lôgích, kiểm soát cách hình thành những lớp và tránh những nghịch lý phát sinh từ tự quy chiếu.

Vì thế, Principia Mathematica là một công trình có quy mô đặc biệt lớn. Nó không phải một bài chứng minh duy nhất mà là một hệ thống nền tảng, trong đó Russell và Whitehead cố gắng xây dựng những phần quan trọng của toán học từ những nguyên lý lôgích.

Tuy nhiên, cần tránh một cách nói quá đơn giản rằng Principia Mathematica đã chứng minh rằng “toán học chỉ là lôgích” mà không có thêm điều kiện nào. Chương trình thực tế phức tạp hơn. Hệ thống của Russell và Whitehead cần đến những nguyên lý và giả định mà địa vị của chúng trong một chương trình hoàn toàn thuần lôgích đã trở thành vấn đề tranh luận. Đặc biệt, tiên đề vô hạn và tiên đề khả quy đặt ra những khó khăn quan trọng cho tham vọng thu giảm toàn bộ toán học về lôgích học.

Vì vậy, nên hiểu Logicism như một chương trình triết học về nền tảng của toán học, chứ không phải như một khẩu hiệu rằng mọi toán học đều hiển nhiên đồng nhất với lôgích.

Điểm quan trọng đối với bản thể học nằm ở sự thay đổi trong cách đặt câu hỏi.

Thay vì bắt đầu bằng:

“Có những số nào tồn tại?”

Russell muốn chúng ta hỏi:

“Những khái niệm toán học có thể được định nghĩa từ những khái niệm nào cơ bản hơn?”

Và thay vì mặc nhiên xem số 2 như một thực thể nguyên thủy, ông tìm cách xác định nó bằng một cấu trúc lôgích — lớp của những lớp tương tự nhau.

Theo nghĩa ấy, Logicism làm thay đổi gánh nặng bản thể học của toán học. Một thực thể không nhất thiết phải được đưa vào nền tảng như một thực thể nguyên thủy chỉ vì ngôn ngữ toán học nói về nó. Trước hết, phải xem xét liệu địa vị của nó có thể được giải thích bằng những cấu trúc lôgích cơ bản hơn hay không.

Đó là đóng góp quan trọng của Principia Mathematica đối với câu hỏi bản thể học mà Russell đang theo đuổi: phân tích lôgích không chỉ giúp chúng ta chứng minh những mệnh đề toán học; nó còn cho phép chúng ta xem xét kỹ hơn những gì toán học thực sự cần phải thừa nhận là tồn tại.

 

[2] NGHỊCH LÝ RUSSELL (RUSSELL’S PARADOX)

I.

Phát biểu chính thức:

Nghịch lý cho thấy rằng không thể tùy ý coi mọi điều kiện mô tả được là xác định một tập hợp. Nó tạo ra mâu thuẫn trong thuyết tập hợp “ngây thơ” (naive set theory).

Dạng chuẩn

Xét tập hợp:

R = {x | x ∉ x}

Tức R là tập hợp của mọi tập hợp không thuộc chính nó.

Bây giờ hỏi: R có thuộc chính R không?

  • Nếu R ∈ R, thì theo định nghĩa của R, R phải là một tập hợp không thuộc chính nó: R ∉ R.
  • Nếu R ∉ R, thì R đúng là một tập hợp không thuộc chính nó; vậy theo định nghĩa, nó phải thuộc R: R ∈ R.

Do đó:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Đây là mâu thuẫn: một mệnh đề không thể đồng thời đúng và sai theo cùng một nghĩa.

II

Phát biểu Nghịch lý theo thuyết tập hợp ngây thơ:

Trong ngôn ngữ của thuyết tập hợp ngây thơ, nghịch lý Russell được phát biểu bằng cách xét “tập hợp của mọi tập hợp không phải là phần tử của chính mình”:

R = {x | x ∉ x}

Ở đây, x ∈ x có nghĩa là tập hợp x tự thuộc về nó; còn R gồm đúng những tập hợp x sao cho x ∉ x.

Suy diễn mâu thuẫn

Theo định nghĩa của R, với mọi tập hợp x:

x ∈ R ↔ x ∉ x

Thế riêng x = R, ta có:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Giờ xét hai khả năng:

  • Nếu R ∈ R, thì vì mọi phần tử của R đều không thuộc chính mình, suy ra R ∉ R.
  • Nếu R ∉ R, thì R thỏa đúng điều kiện để thuộc R; do đó R ∈ R.

Vậy cả hai giả định đều dẫn đến mệnh đề đối lập:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Do đó, nếu chấp nhận rằng R là một tập hợp, ta nhận được mâu thuẫn:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Đó là phát biểu tập hợp luận cổ điển của nghịch lý Russell.

Tiền đề ẩn: nguyên lý tạo tập hợp vô hạn chế

Bước then chốt không phải là suy luận sau khi đã có R, mà là quyền lập tập hợp R. Thuyết tập hợp ngây thơ dùng nguyên lý hiểu theo nghĩa vô hạn chế (unrestricted comprehension):

Với bất kỳ điều kiện hay vị từ P(x) nào, luôn tồn tại tập hợp R gồm chính xác những x thỏa điều kiện ấy.

Nghĩa là: với bất kỳ điều kiện hay vị từ P(x) nào, luôn tồn tại tập hợp R gồm chính xác những x thỏa điều kiện ấy.

Chọn:

P(x): x ∉ x

ta được ngay:

R = {x | x ∉ x}

và mâu thuẫn xuất hiện khi cho x = R.

Ý nghĩa

Nghịch lý không chứng minh rằng quan hệ thuộc ∈ tự nó mâu thuẫn, cũng không đòi hỏi phải có sẵn những tập hợp tự thuộc như R. Nó chứng minh rằng nguyên lý “mỗi điều kiện xác định một tập hợp” là quá mạnh.

Trong những hệ tiên đề hiện đại như ZF/ZFC, không được phép tạo R bằng nguyên lý hiểu vô hạn chế. Thay vào đó, ta chỉ được tách một tập hợp con từ một tập hợp đã có:

B = {x ∈ A | P(x)}

Vì không có một “tập hợp của mọi tập hợp” U làm miền xuất phát, ta không thể lập R như một tập hợp phổ quát; cùng lắm nó được xem là một lớp riêng (proper class), không phải phần tử hay tập hợp trong hệ. Điều này là một trong những cách nền tảng hiện đại tránh mâu thuẫn Russell.

III

Thí dụ giải thích quen thuộc:

Nghịch lý người thợ cắt tóc

Trong một làng nọ có một người thợ cắt tóc. Ông tuyên bố một quy tắc:

“Tôi cắt tóc cho tất cả và chỉ những người đàn ông trong làng không tự cắt tóc cho chính mình.”

Hỏi: người thợ cắt tóc có tự cắt tóc cho chính mình không?

Xét hai khả năng:

  • Nếu ông tự cắt tóc cho mình — thì ông thuộc nhóm “người tự cắt tóc”. Nhưng theo quy tắc, ông chỉ cắt tóc cho người không tự cắt tóc. Vậy ông không được cắt tóc cho mình. Mâu thuẫn.
  • Nếu ông không tự cắt tóc cho mình — thì ông thuộc nhóm “người không tự cắt tóc”. Nhưng theo quy tắc, ông phải cắt tóc cho tất cả người thuộc nhóm này, kể cả chính ông. Vậy ông buộc phải tự cắt tóc cho mình. Cũng mâu thuẫn.

Dù chọn khả năng nào, quy tắc cũng tự phản lại chính nó. Vậy một người thợ cắt tóc tuân theo đúng quy tắc trên không thể tồn tại.

Về bản dịch “cắt tóc”:

Bản gốc tiếng Anh của nghịch lý dùng động từ “cạo râu” (shave), không phải “cắt tóc”:

“The barber shaves all and only those men who do not shave themselves.”

Việc chọn “cạo râu” trong bản gốc không chỉ là chuyện ngôn từ — nó liên quan đến chính logic của nghịch lý. “Cạo râu” là việc đàn ông thường tự làm mỗi ngày (tự cạo tại nhà), nên câu hỏi “ông ấy có tự cạo râu cho mình không?” nghe tự nhiên và có ý nghĩa thực tế ngay từ đầu — không cần giải thích thêm vì sao một người lại có thể “tự cạo râu cho mình”. “Cắt tóc” thì khác: đa số đàn ông không tự cắt tóc được cho chính mình (khó với tới sau gáy), nên khi thay “cạo râu” bằng “cắt tóc”, nghịch lý logic vẫn đúng, nhưng tình huống nghe có phần gượng hơn so với bản gốc.

Lưu ý: Russell không dùng ví dụ thợ cạo/thợ cắt tóc trong những công trình toán học gốc của ông — đây là cách kể phổ thông xuất hiện về sau, để người không chuyên dễ hình dung nghịch lý. Nên khi trình bày, cần nói rõ đây là một diễn giải phổ thông, không phải hình thức Russell trình bày năm 1901.

Ý nghĩa

Nghịch lý không nói rằng mọi tập hợp đều “vô lý”; nó chỉ bác bỏ nguyên tắc vô hạn chế: bất kỳ tính chất nào cũng tạo thành một tập hợp. Những nền tảng hiện đại của thuyết tập hợp, như ZF/ZFC, tránh nghịch lý bằng cách chỉ cho phép lập tập hợp theo những quy tắc bị giới hạn; chẳng hạn, không có “tập hợp của mọi tập hợp không thuộc chính nó” như R.

Điều thường được dẫn kể nhiều hơn là phản ứng của Frege. Khi nhận thư Russell đúng lúc tập II của Grundgesetze der Arithmetik sắp in, Frege thừa nhận phát hiện ấy đã làm “rung chuyển nền đất” mà ông định xây dựng số học trên đó; ông tóm lược tình thế bằng câu: “Số học đang lung lay” (Die Arithmetik ist ins Schwanken geraten).

Russell nhiều thập niên sau đặc biệt ca ngợi Frege vì thái độ trí thức ấy: khi nền tảng của công trình đời mình bị chỉ ra là có sai sót, Frege vẫn tiếp nhận lập luận một cách ngay thẳng, nghiêm cẩn và đặt chân lý lên trên việc bảo vệ hệ thống của mình.

[Xem thêm trong - Russell – Đưa vào Triết học Toán học- bản dịch của tôi trên blog này:

https://chuyendaudau.blogspot.com/2021/08/russell-gioi-thieu-triet-hoc-toan-hoc.html ]

IV

Nghịch lý Russell đã làm thay đổi toán học

Nghịch lý Russell đã buộc toán học đầu thế kỷ XX từ bỏ cách hiểu “ngây thơ” rằng mọi tính chất đều xác định một tập hợp. Từ đó, nó thúc đẩy sự hình thành của thuyết tập hợp tiên đề, thuyết về những loại và toàn bộ ngành nghiên cứu hiện đại về nền tảng toán học.

1. Chấm dứt “tập hợp tùy ý”

Trước đó, người ta dễ chấp nhận nguyên tắc:

Mọi điều kiện P(x) đều xác định một tập hợp {x | P(x)}.

Nghịch lý Russell chỉ ra rằng nếu chọn:

P(x): x ∉ x

thì “tập những tập hợp không thuộc chính mình” dẫn đến mâu thuẫn. Vì vậy, việc mô tả được một lớp đối tượng không còn đủ để bảo đảm rằng lớp ấy là một tập hợp.

Sự thay đổi này rất sâu: toán học không còn có thể dựa vào trực giác tập hợp hoàn toàn tự do; nó cần quy tắc chính xác về tập hợp nào được phép tồn tại.

2. Ra đời của thuyết tập hợp tiên đề

Hướng giải quyết có ảnh hưởng lớn nhất là tiên đề hóa thuyết tập hợp, khởi đầu với Ernst Zermelo và sau đó được mở rộng thành hệ Zermelo–Fraenkel, thường dùng kèm Tiên đề Lựa chọn: ZFC.

Thay cho nguyên lý lập tập hợp vô hạn chế, Zermelo dùng lược đồ phân ly (Separation): từ một tập hợp A đã có, ta được tách ra tập hợp con gồm những phần tử của A thỏa điều kiện P(x):

B = {x ∈ A | P(x)}

Vì không có “tập của mọi tập hợp” làm A, không thể tạo tập hợp Russell bằng phép lập tập hợp này. ZFC về sau trở thành khuôn khổ tiêu chuẩn để hình thức hóa phần lớn toán học hiện đại.

3. Thuyết về những loại của Russell

Con đường riêng của Russell là thuyết về những loại (theory of types), được Russell và Alfred North Whitehead triển khai trong Principia Mathematica.

Ý tưởng là phân bậc những đối tượng:

cá thể → lớp những cá thể → lớp những lớp → …

Một lớp ở một bậc chỉ nhận phần tử ở bậc thấp hơn; do đó, một lớp không thể là phần tử của chính nó. những biểu thức then chốt của nghịch lý — “R không thuộc R” hay “một vị từ không áp dụng cho chính nó” — bị loại ngay từ đầu vì chúng vi phạm quy tắc loại.

Điều này không chỉ là một vá víu kỹ thuật. Nó định hình tư duy hiện đại về việc phải kiểm tra loại của biểu thức trước khi hỏi liệu một mệnh đề có đúng hay sai.

4. Khai sinh logic toán học hiện đại

Nghịch lý Russell góp phần chuyển trọng tâm từ việc dùng tập hợp một cách trực giác sang việc nghiên cứu những hệ hình thức có tiên đề rõ ràng:

  • Hệ tiên đề gồm những gì?
  • Các quy tắc suy diễn có bảo toàn chân lý không?
  • Hệ có nhất quán (consistency) hay không?
  • Có thể chứng minh mọi mệnh đề toán học đúng trong một phạm vi nào đó không?
  • Hệ mạnh đến đâu, và cái giá của sức mạnh ấy là gì?

Những câu hỏi đó trở thành trục của logic toán học thế kỷ XX: thuyết mô hình, thuyết chứng minh, thuyết đệ quy/tính toán được và nghiên cứu tính nhất quán. những nghịch lý tập hợp đã dẫn giới toán học tới yêu cầu xây dựng những thuyết được phát biểu đầy đủ, thay vì tin cậy vào trực giác “mọi bộ sưu tập xác định được đều là một tập hợp”.

V

Giải quyết nghịch lý Russell

Nghịch lý Russell không được “giải” theo nghĩa tìm ra một trả lời đúng cho câu hỏi “R ∈ R hay R ∉ R?”. Nó được giải tỏa bằng cách thay đổi nền tảng: thay vì cho phép lập tập hợp tùy ý, ta giới hạn quy tắc tạo tập hợp hoặc cấm những cấu trúc tự quy chiếu sai loại. Có ba hướng chính: thuyết về những loại của Russell, thuyết tập hợp tiên đề (Zermelo–Fraenkel), và những hệ phân biệt tập–lớp (như NBG).

1. Nghịch lý nhắc lại

Thuyết tập hợp ngây thơ chấp nhận nguyên lý lập tập hợp vô hạn chế:

Với mọi điều kiện P(x), tồn tại tập hợp {x | P(x)}.

Chọn P(x): x ∉ x, ta có:

R = {x | x ∉ x}

Theo định nghĩa:

x ∈ R ↔ x ∉ x

Thế x = R:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Đây là mâu thuẫn. những lời giải đều nhắm vào giả định cho phép lập R.

2. Thuyết về những loại của Russell

Russell chặn nghịch lý bằng thuyết về những loại (theory of types):

  • Các đối tượng được phân tầng: cá thể, lớp những cá thể, lớp những lớp, v.v.
  • Một lớp ở loại n chỉ có thể chứa những đối tượng ở loại n − 1.
  • Biểu thức R ∈ R vi phạm phân tầng loại; do đó R không phải một điều kiện hợp lệ để lập lớp.

Vì vậy, R không được phép hình thành. Russell không trả lời R ∈ R là đúng hay sai; ông cho thấy câu hỏi đó không hợp thức trong ngôn ngữ đã được loại hóa.

3. Thuyết tập hợp tiên đề (Zermelo–Fraenkel)

Hướng khác, do Zermelo khởi xướng và được phát triển thành ZF/ZFC, là tiên đề hóa thuyết tập hợp và thay nguyên lý lập tập hợp vô hạn chế bằng những quy tắc hạn chế.

Thay vì:

Với mọi điều kiện P(x), tồn tại tập hợp {x | P(x)}.

ZF dùng lược đồ phân ly (Separation):

B = {x ∈ A | P(x)}

Nghĩa là: từ một tập hợp A đã có, ta chỉ được tách ra tập hợp con B gồm những phần tử của A thỏa điều kiện P(x).

Vì không có “tập của mọi tập hợp” làm A, ta không thể lập:

R = {x | x ∉ x}

như một tập hợp toàn cục. Trong ZF, R không phải là một tập hợp; nếu muốn nói, ta chỉ có thể gọi nó là một lớp riêng (proper class), tức một tập hợp “quá lớn” để được coi là phần tử của bất kỳ tập hợp nào.

4. Phân biệt tập hợp và lớp (NBG, MK)

Một số hệ như NBG (von Neumann–Bernays–Gödel) hay MK (Morse–Kelley) phân biệt rõ:

  • Tập hợp: có thể là phần tử của những tập hợp khác.
  • Lớp: có thể quá lớn để là phần tử; chỉ một số lớp là tập.

Trong NBG, điều kiện x ∉ x xác định một lớp R, nhưng R không phải là một tập hợp. Vì vậy, không thể hỏi R ∈ R theo nghĩa “R là phần tử của chính nó”; câu hỏi ấy không được phép hình thành đối với lớp không phải tập. Cách này cũng chặn nghịch lý.

5. Điểm chung của những lời giải

Dù khác nhau về chi tiết, những cách giải đều có chung một bài học:

  • Không phải mọi điều kiện mô tả được đều xác định một tập hợp hợp lệ.
  • Phải có quy tắc rõ ràng về:
    • Khi nào một lớp là một tập hợp.
    • Khi nào một biểu thức như R ∈ R là hợp thức.
  • Nghịch lý Russell không chứng minh rằng thuyết tập hợp là vô vọng; nó chỉ cho thấy trực giác “tập hợp tùy ý” là quá mạnh.

Trong thực hành toán học hiện đại, ZFC là nền tảng phổ biến nhất; thuyết về những loại của Russell sống mạnh trong logic bậc cao, thuyết chứng minh và khoa học máy tính. Cả hai đều là những cách khác nhau để nói: “không được để tự quy chiếu và lập tập hợp vô hạn chế cùng lúc”.

VI

Để giải quyết mâu thuẫn, Russell đã phát triển thuyết về những loại nói trên như sau:

Russell không đưa ra thuyết về những loại như một lời giải hoàn chỉnh ngay lập tức. Sau khi nhận ra nghịch lý khoảng năm 1901, ông phát triển lời giải theo hai giai đoạn: thuyết về những loại đơn giản trong The Principles of Mathematics (1903), rồi thuyết về những loại phân nhánh trong bài “Mathematical Logic as Based on the Theory of Types” (1908) và Principia Mathematica cùng A. N. Whitehead (1910–1913).

1. Từ mâu thuẫn đến chẩn đoán

Nghịch lý bắt đầu từ giả định của thuyết tập hợp ngây thơ:

Với mọi điều kiện P(x), tồn tại tập hợp {x | P(x)}.

Tức là, hễ nêu được một tính chất P(x), ta có thể lập tập hợp gồm mọi x có tính chất ấy.

Chọn:

P(x): x ∉ x

ta có tập hợp Russell:

R = {x | x ∉ x}

Và suy ra:

R ∈ R ↔ R ∉ R

Russell dần đi đến nhận định rằng nguồn lỗi không phải ở một chi tiết riêng của định nghĩa tập hợp, mà ở tự-áp-dụng (self-application) và tự quy chiếu vòng tròn: một khái niệm hay hàm mệnh đề được phép vận hành trên chính nó, hoặc một toàn thể được định nghĩa bằng cách đã ngầm bao gồm chính toàn thể ấy.

2. Nguyên tắc vòng luẩn quẩn

Russell diễn đạt trực giác của mình qua vicious-circle principle:

Cái gì được định nghĩa bằng cách bao hàm toàn bộ một tập hợp thì không được là một thành viên của chính tập hợp ấy.

Một diễn đạt gần với Russell là: nếu việc xác định một đối tượng đòi hỏi đã có “toàn bộ” của một bộ sưu tập, thì đối tượng ấy không thể đồng thời thuộc chính bộ sưu tập đó.

Ví dụ, khi cố lập:

R = {x | x ∉ x}

ta tưởng là đã có sẵn miền “mọi tập hợp” để rồi chọn ra những phần tử không tự thuộc. Nhưng R cũng được xem là một ứng viên trong miền ấy; vậy điều kiện chọn lọc lại cần quyết định R trước khi R đã được xác định xong. Russell xem đây là vòng tròn không hợp lệ.

3. Thuyết về những loại đơn giản

Bước đầu của Russell là phân tầng những loại đối tượng:

cá thể → lớp những cá thể → lớp những lớp → …

Một hàm mệnh đề hay lớp ở một tầng chỉ được áp dụng cho đối tượng ở tầng thấp hơn thích hợp. Theo đó:

  • Cá thể có thể là đối số của vị từ về cá thể.
  • Một vị từ về cá thể không được lấy chính vị từ ấy làm đối số.
  • Một lớp những cá thể không được là phần tử của chính nó.

Như vậy, R ∈ R không phải là một mệnh đề sai; nó là một chuỗi ký hiệu không hợp thức vì một R không thể đồng thời ở hai loại cần thiết cho quan hệ “thuộc”. Thế nên công thức R ∈ R không thể làm điều kiện lập lớp, và tập hợp R không thể được tạo ra.

4. Bản phân nhánh

Russell thấy phân tầng loại đơn giản vẫn chưa chặn mọi dạng định nghĩa vòng tròn. Có một thuộc tính có thể không áp dụng trực tiếp lên chính nó, nhưng vẫn được định nghĩa qua việc lượng từ hóa trên “mọi thuộc tính” cùng một cấp, trong đó có chính thuộc tính đang định nghĩa. Đây là trường hợp định nghĩa không dự đoán được (impredicative definition).

Vì vậy, năm 1908 Russell thêm một phân cấp thứ hai: ngoài loại (type) còn có bậc (order).

  • Loại phân biệt đối tượng, thuộc tính của đối tượng, thuộc tính của thuộc tính, v.v.
  • Bậc phân biệt những hàm mệnh đề tùy theo chúng lượng từ qua những hàm mệnh đề thuộc cấp nào.

Một hàm mệnh đề bậc thấp chỉ lượng từ trên miền đã có trước đó; hàm bậc cao hơn mới được lượng từ qua tổng thể rộng hơn. Đây là thuyết về những loại phân nhánh (ramified theory of types). Nó nhằm áp dụng triệt để nguyên tắc vòng luẩn quẩn, không chỉ cấm R ∈ R trực tiếp.

5. Cái giá và tiên đề khả quy

Sự phân nhánh này khiến hệ thống quá nghiêm: nhiều định nghĩa và chứng minh toán học bình thường trở nên khó hoặc không thể thực hiện. Trong Principia Mathematica, Russell và Whitehead thêm tiên đề khả quy (axiom of reducibility).

Về ý tưởng, tiên đề nói rằng với mọi hàm mệnh đề ở một bậc cao, có một hàm mệnh đề tương đương ở bậc thấp nhất: hai hàm áp dụng đúng cho cùng những đối tượng. Nhờ thế, ta có thể giữ những rào chắn loại về mặt hình thức nhưng vẫn dùng được những lớp/thuộc tính cần cho toán học.

Đây cũng là điểm gây tranh luận: tiên đề khả quy thường bị xem là mang tính “vá lỗi” (ad hoc), vì nó phần nào làm suy yếu động lực triết học ban đầu của việc cấm định nghĩa vòng tròn.

Di sản

Lời giải của Russell không trở thành nền tảng chuẩn duy nhất của toán học — Zermelo–Fraenkel, đặc biệt ZFC, thuận tiện hơn cho phần lớn toán học cổ điển. Nhưng bước phát triển của ông có ảnh hưởng lâu dài: không phải mọi tổ hợp ký hiệu đều là mệnh đề có nghĩa; phải kiểm tra loại trước khi suy luận.

Truyền thống ấy đi từ thuyết về những loại của Russell đến thuyết về những loại đơn giản của Church, lambda calculus có loại, logic bậc cao, thuyết về những loại trực giác của Martin-Löf và hệ kiểm chứng chứng minh hiện đại. Nói cô đọng: Russell giải nghịch lý bằng cách không trả lời R là đúng hay sai, mà cho thấy việc viết câu hỏi đó đã vi phạm cấu trúc lôgic của ngôn ngữ.