数理逻辑使学者很容易处理抽象的概念,并且可以提示一些本来会被忽视的新的假说。它诱导出一种物理学概念的理论,以及数论的新学说。这个新学说是1884年弗雷格发现的,二十年后又为罗素所独立发现。罗素说:
大多数哲学家都以为物理的与心理的现象,把世界的一切都包括无遗了。有些人说,数学的对象显然不是主观的,所以必定是物理的及经验的。另一些人说,数学显然不是物理的,所以必定是主观的及心理的。就他们所否认的而言,双方都对。但就他们所断言的而论,彼此都错。弗雷格的优点,就在接受双方所否认之点,并承认逻辑的世界既非心理的亦非物理的,从而找到一个第三种论断。
弗雷格把事物之仅为客观的,如地球的轴,与其既为客观又为实在而占有空间的,如地球自身,加以区别。在这个意义上说,数以及全部数学与逻辑,既非占有空间的和物理的,也非主观的,而是感觉不到的,并且是客观的。由此可以得出结论:我们必须把数看做是类——2是代表所有成双的一类,3是代表所有成参的一类等等。正如罗素的定义所说:“某一类的项,就是与该类相似的所有各类的类。”这已证明与算术的公式相符,而可以适用于0,适用于1,以至于无穷大的数——这些数都是其他学说所感觉困难的。至于类之是否虚设而不存在,那是没有关系的。如果用任何其他有类的定义性质的东西去代替类,则上述的定义也同样可用。由此可知,虽然数已变成非真实的,但它们依然是有相等效用的逻辑形式。
有些哲学家对可感觉的世界的实在性表示怀疑,其根据之一就是,无穷大与连续性据说是自相矛盾的,因而是不可能的。固然没有可靠的经验证据,去证明物理世界中的无穷大及连续性,但是在数学推理上,它们却是必需的,而哲学家所谓的矛盾,现在已知其为虚幻的了。
连续性的问题,本质上就等于无穷大的问题,因为一个连续级数,必含有无穷多的项。毕达哥拉斯遇到了一个疑难:他发现直角三角形的弦的平方。等于其二边购平万之和,如果三角形的两边相等,则弦的平方,即等于边的平方的二倍。但毕达哥拉斯学派不久又证明一个整数的平方,不能为另一个整数平方的二倍,如是则边的长度与弦的长度,是不能以整数相约的。毕达哥拉斯学派本来相信数是世界的本质,据说得此发现以后,大感沮丧而把它隐藏起来。几何学是在欧几里得采用的基础上重新建立起来的,不涉及算术,所以避免了这一疑难。
笛卡尔几何学,恢复了算术的方法,由于利用“无理数”作不可互约的长度的比数,很快就发展起来。这种无理数,证明与算术的规则相符,远在近年来找到圆满的定义与解决不可约的问题以前,就被人们深信不疑地加以采用了。
我们还可以概括地谈谈现代数学家怎样构成无穷大的理论,使芝诺以来的哲学家所争论不已的疑难问题,归于消失。这个问题本质上是数学问题,在数学的方法尚不够精深以前,这个问题是无法研究,甚至于提不出来的。
无穷级数与无穷大,在现代数学的初期,即已出现。它们的性质,有些希奇,但数学家并不以无穷大的观念为虚幻,而继续应用它们,后来终于为他们的方法找到逻辑根据。
关于无穷大的困难,一部分是由于字义的误解。这种误解,是由于把数学上的无旁大,与非数学家的哲学家所想象的无限(一种有些模糊的观念,与数学问题毫不相干),混为一谈。照字源说:“无穷大”的意义,是没有止境。但是有些无穷级数(例如现在以前的过去时刻组成的级数,又如无穷个点组成的线段)有止境,有些则没有,又有些数的集合,虽为无穷,而非级数。
其他困难,是由于想把有限数的某些特性,如可以数清的特性等,应用于无穷数。无穷级数虽其项数不可胜数,但可由其自身效类的性质而识别。并且一个无穷数,不因有所加减,甚至乘除,而变大或变小。现在把所有数字1,2,3,……书一横行,而将所有偶数2,4,6,……在其下面另书一横行。两行数字的数目相等,但下行乃从所有数的无穷集合中,取去无穷个奇数而得的。这样,全体显然不大于其部分。此种矛盾,使哲学家否认无穷数的存在。但是所谓“大于”,其意义颇为含糊。这里的“大于”,乃“含有较多项”的意义。在此意义上,全体固能等于其部分,而无自相矛盾之病。
无穷大的现代理论,是坎托在1882-3年提出来的。他证明有无穷个不同的无穷数,而较大及较小的观念,通常也可应用于无穷数。在此种观念不能应用的某些情况下,必有新问题发生。例如一长线所含数学上点的数目,与一短线所含的相等;这里所谓较大较小,并非纯粹算术的,而含有几何上的新概念。
哲学家所遭遇的困难,大部起于假设有限数的特性,能应用于无穷数。如果有限的时间与空间,为有限个数的时刻与点所组成,则芝诺的论据或可正确。为了避免芝诺的矛盾,我们可以有几条出路:(1)否认时间及空间的实在性;或(2)否认空间及时间为点与顷刻所组成;或(3)坚持认为如果空间与时间为点与时刻所组成,则点与时刻之数为无穷。芝诺与其许多信徒选择了第一条出路,而其他如柏格森等则选择了第二条出路。