Мы видели, что экстенсиональная функция функции может рассматриваться как функция класса, определяемого функцией-аргументом, но что интенсиональная функция не может рассматриваться таким образом. Чтобы избежать необходимости давать различное обращение интенсиональным и экстенсиональным функциям функций, мы конструируем экстенсиональную функцию, производную от любой функции f предикативной функции φ, и обладающую свойством быть эквивалентной функции, от которой она производна, при условии, что эта функция является экстенсиональной, а также свойством быть значимой (с помощью систематической двусмысленности эквивалентности) с любым аргументом ψ, чьи аргументы того же типа, что и аргументы φ. Производная функция, записываемая «f(φ^φ)», определяется следующим образом: Дана функция f(φ), наша производная функция f(φ^φ) должна быть «существует предикативная функция ψ, которая формально эквивалентна φ и удовлетворяет f(ψ)». Если φ — предикативная функция, наша производная функция будет истинной всякий раз, когда f(φ) истинна. Если f(φ) — экстенсиональная функция, и φ — предикативная функция, наша производная функция не будет истинной, если f(φ) не истинна; таким образом, в этом случае наша производная функция эквивалентна f(φ). Если f(φ) не является экстенсиональной функцией, и если φ — предикативная функция, наша производная функция может иногда быть истинной, когда исходная функция ложна. Но в любом случае производная функция всегда экстенсиональна.
Чтобы производная функция была значимой для любой функции ψ, какого бы порядка она ни была, при условии, что она принимает аргументы правильного типа, необходимо и достаточно, чтобы f(φ) была значимой, где φ — любая предикативная функция. Причина этого в том, что нам требуется относительно аргумента ψ только гипотеза о том, что он формально эквивалентен некоторой предикативной функции φ, а формальная эквивалентность имеет тот же вид систематической двусмысленности в отношении типа, что принадлежит истине и лжи, и поэтому может иметь место между функциями любых двух различных порядков, при условии, что функции принимают аргументы одного и того же типа. Таким образом, с помощью нашей производной функции мы не просто предоставили экстенсиональные функции везде вместо интенсиональных, но мы практически устранили необходимость рассматривать различия типов среди функций, чьи аргументы одного и того же типа. Это производит тот же вид упрощения в нашей иерархии, который был бы результатом никогда не рассмотрения никаких функций, кроме предикативных.
Если f(φ) может быть построена с помощью примитивных идей дизъюнкции, отрицания, (φx) и (x), как это имеет место со всеми функциями функций, которые явно встречаются в настоящей работе, будет обнаружено, что в силу систематической двусмысленности вышеупомянутых примитивных идей любая функция, чьи аргументы того же типа, что и аргументы φ, может быть значимо подставлена вместо φ в f без какого-либо другого символического изменения. Таким образом, в таком случае то, что символически, хотя и не реально, является той же функцией, может получать в качестве аргументов функции различных типов. Если с данным аргументом ψ функция f(ψ), интерпретируемая таким образом, эквивалентна f(φ) всякий раз, когда ψ формально эквивалентно φ, то f(ψ) эквивалентно f(φ), при условии, что существует какая-либо предикативная функция, формально эквивалентная ψ. В этой точке мы используем аксиому сводимости, согласно которой всегда существует предикативная функция, формально эквивалентная ψ.
Как было объяснено выше, удобно рассматривать экстенсиональную функцию функции как имеющую своим аргументом не функцию, а класс, определяемый функцией. Теперь мы видели, что наша производная функция всегда экстенсиональна. Следовательно, если наша исходная функция была f(φ), мы записываем производную функцию f(z^φ(z)), где «z^φ(z)» можно читать «класс аргументов, которые удовлетворяют φ», или проще «класс, определяемый φ». Таким образом, «f(z^φ(z))» будет означать: «Существует предикативная функция ψ, которая формально эквивалентна φ и такова, что f(ψ) истинна». Это в действительности функция φ, но мы рассматриваем ее символически, как если бы она имела аргумент z^φ(z). С помощью аксиомы сводимости мы находим, что получаются обычные свойства классов. Например, две формально эквивалентные функции определяют один и тот же класс, и наоборот, две функции, которые определяют один и тот же класс, формально эквивалентны. Также сказать, что x является членом z^φ(z), т. е. класса, определяемого φ, истинно, когда φx истинно, и ложно, когда φx ложно. Таким образом, все математические цели, для которых могли бы потребоваться классы, выполняются чисто символическими объектами z^φ(z), при условии, что мы принимаем аксиому сводимости.
В силу аксиомы сводимости, если φ — любая функция, существует формально эквивалентная предикативная функция ψ; тогда класс z^φ(z) идентичен с классом z^ψ(z), так что каждый класс может быть определен предикативной функцией. Следовательно, совокупность всех классов, к которым данный термин может значимо принадлежать или не принадлежать, является легитимной совокупностью, хотя совокупность всех функций, которым данный термин может значимо удовлетворять или не удовлетворять, не является легитимной совокупностью. Классы, к которым данный термин x принадлежит или не принадлежит, — это классы, определенные φ-функциями; они также являются классами, определенными предикативными φ-функциями. Назовем их φ-классами. Тогда «φ-классы» образуют легитимную совокупность, производную от совокупности предикативных φ-функций. Следовательно, становятся возможными многие виды общих утверждений, которые в противном случае включали бы парадоксы «порочного круга». Эти общие утверждения ни одно из них не являются такими, которые ведут к противоречиям, и многие из них таковы, что их очень трудно предположить нелегитимными. Тот факт, что они становятся возможными благодаря аксиоме сводимости и что в противном случае они были бы исключены принципом «порочного круга», следует рассматривать как аргумент в пользу аксиомы сводимости.
Вышеприведенное определение «класса, определяемого функцией φ», или, скорее, любого предложения, в котором встречается эта фраза, в символах выглядит следующим образом: f(z^φ(z)) = ∃ψ(ψ!≡φ . f(ψ)). Чтобы рекомендовать это определение, мы перечислим пять требований, которым должно удовлетворять определение классов, и затем покажем, что вышеприведенное определение удовлетворяет этим пяти требованиям.
Мы требуем от классов, если они должны служить целям, для которых они обычно используются, чтобы они обладали определенными свойствами, которые могут быть перечислены следующим образом. (1) Каждая пропозициональная функция должна определять класс, который может рассматриваться как совокупность всех аргументов, удовлетворяющих рассматриваемую функцию. Этот принцип должен выполняться, когда функция удовлетворяется бесконечным числом аргументов, так же как и когда она удовлетворяется конечным числом. Он должен выполняться также, когда никакие аргументы не удовлетворяют функцию; т. е. «нулевой класс» должен быть таким же хорошим классом, как и любой другой. (2) Две пропозициональные функции, которые формально эквивалентны, т. е. такие, что любой аргумент, который удовлетворяет одну, удовлетворяет другую, должны определять один и тот же класс; иными словами, класс должен быть чем-то, полностью определяемым своим членством, так что, например, класс «двуногие без перьев» идентичен классу «люди», а класс «четные простые числа» идентичен классу «числа, тождественные 2». (3) И наоборот, две пропозициональные функции, которые определяют один и тот же класс, должны быть формально эквивалентны; другими словами, когда класс дан, членство определено: два разных набора объектов не могут давать один и тот же класс. (4) В том же смысле, в каком существуют классы (каков бы ни был этот смысл), или в каком-то тесно аналогичном смысле, должны также существовать классы классов. Так, например, «комбинации n вещей по r за раз», где вещи образуют данный класс, есть класс классов; каждая комбинация вещей есть класс, и каждая такая класс является членом указанного набора комбинаций, который, следовательно, есть класс, чьими членами являются классы. Опять же, класс единичных классов или пар абсолютно необходим; первый есть число 1, второй — число 2. Таким образом, без классов классов арифметика становится невозможной. (5) Должно быть при любых обстоятельствах бессмысленно предполагать класс идентичным одному из своих собственных членов. Ибо если бы такое предположение имело какой-либо смысл, «x ∈ x» было бы значимой пропозициональной функцией [33], и так же было бы «x ∈ x». Следовательно, согласно (1) и (4), существовал бы класс всех классов, удовлетворяющих функции «x ∈ x». Если мы назовем этот класс α, мы будем иметь α ∈ α ≡ α ∈ α. Поскольку, согласно нашей гипотезе, «x ∈ x» предполагается значимым, вышеприведенная эквивалентность, которая выполняется при всех возможных значениях x, выполняется при значении α, т. е. α ∈ α ≡ α ∈ α. Но это противоречие [34]. Следовательно, «x ∈ x» и «x ∈ α» должны всегда быть бессмысленными. В общем, в этом выводе нет ничего удивительного, но он имеет два следствия, которые заслуживают особого внимания. Во-первых, класс, состоящий только из одного члена, не должен быть идентичен этому одному члену, т. е. мы не должны иметь α = x. Ибо мы имеем x ∈ {x}, и поэтому, если α = {x}, мы имеем α ∈ α, что, как мы видели, должно быть бессмысленным. Отсюда следует, что «α ∈ α» должно быть абсолютно бессмысленным, а не просто ложным. Во-вторых, могло бы показаться, как если бы класс всех классов был классом, т. е. как если бы (записывая «Cls» для «класса») «Cls ∈ Cls» было истинным предложением. Но эта комбинация символов должна быть бессмысленной; если только, конечно, не существует двусмысленности в значении «Cls», так что в «Cls ∈ Cls» первый «Cls» может предполагаться имеющим иное значение, чем второй.
Что касается вышеупомянутых требований, то, во-первых, ясно, что в соответствии с нашим определением каждая пропозициональная функция определяет класс z^φ(z). Предполагая аксиому сводимости, всегда должны быть истинные предложения о z^φ(z), т. е. истинные предложения вида f(z^φ(z)). Ибо предположим, что φ формально эквивалентно ψ, и предположим, что ψ удовлетворяет некоторой функции f. Тогда z^φ(z) также удовлетворяет f. Следовательно, для любой функции f существуют истинные предложения вида f(z^φ(z)), т. е. истинные предложения, в которых «класс, определяемый φ» грамматически является субъектом. Это показывает, что наше определение выполняет первое из наших пяти требований.
Второе и третье требования вместе требуют, чтобы классы z^φ(z) и z^ψ(z) были идентичны тогда и только тогда, когда их определяющие функции формально эквивалентны, т. е. чтобы мы имели z^φ(z) = z^ψ(z) ≡ φ!≡ψ. Здесь значение «z^φ(z) = z^ψ(z)» должно быть выведено с помощью двукратного применения определения f(z^φ(z)) из определения f(z^φ(z)) = z^φ(z) = z^ψ(z) по общему определению тождества.
Интерпретируя «z^φ(z) = z^ψ(z)», мы примем соглашение, которое мы приняли в отношении (φx) и (ψy), а именно, что неполный символ, который встречается первым, должен иметь большую область действия. Таким образом, z^φ(z) = z^ψ(z) становится, по нашему определению, [z^φ(z)] . [z^ψ(z)] . z^φ(z) = z^ψ(z), которое, устраняя z^φ(z), становится [z^ψ(z)] . ∃χ(χ!≡φ . χ = z^ψ(z)), которое эквивалентно ∃χ(χ!≡φ . χ = z^ψ(z)), которое, опять же, эквивалентно ∃χ(χ!≡φ . χ!≡ψ), которое, в силу аксиомы сводимости, эквивалентно φ!≡ψ. Таким образом, наше определение использования z^φ(z) таково, что удовлетворяет условиям (2) и (3), которые мы установили для классов, т. е. мы имеем z^φ(z) = z^ψ(z) ≡ φ!≡ψ.
Прежде чем рассматривать классы классов, будет хорошо определить членство в классе, т. е. определить символ «x ∈ z^φ(z)», который можно читать «x является членом класса, определяемого φ». Поскольку это функция вида f(z^φ(z)), она должна быть выведена с помощью нашего общего определения таких функций из соответствующей функции f(φ). Мы поэтому полагаем x ∈ z^φ(z) = ∃ψ(ψ!≡φ . ψx). Это определение нужно только для того, чтобы придать смысл «x ∈ z^φ(z)»; смысл, который оно дает, в силу определения f(z^φ(z)), есть ∃ψ(ψ!≡φ . ψx). Таким образом, оказывается, что «x ∈ z^φ(z)» влечет φx, поскольку оно влечет ∃ψ(ψ!≡φ . ψx), и ∃ψ(ψ!≡φ . ψx) эквивалентно φx; также, в силу аксиомы сводимости, φx влечет «x ∈ z^φ(z)», поскольку существует предикативная функция ψ, формально эквивалентная φ, и ψx должно удовлетворять ψ, поскольку x (ex hypothesi) удовлетворяет φ. Таким образом, в силу аксиомы сводимости мы имеем x ∈ z^φ(z) ≡ φx, т. е. x является членом класса z^φ(z) тогда и только тогда, когда x удовлетворяет функцию φ, которая определяет класс.
Нам далее нужно рассмотреть, как интерпретировать класс классов. Поскольку мы определили z^φ(z), мы будем естественно рассматривать класс классов как состоящий из тех значений φ, которые удовлетворяют f(φ). Давайте запишем α для z^φ(z); тогда мы можем записать α^f(α) для класса значений α, которые удовлетворяют f(α) [35]. Мы применим то же определение и положим α^f(α) = z^∃φ(z = z^φ(z) . f(z^φ(z))), где «f(α)» означает любое выражение вида f(z^φ(z)).
Давайте возьмем «α ∈ β» в качестве примера f(α). Тогда α^f(α) = α^α ∈ β. Точно так же, как мы положили x ∈ z^φ(z) = φx, так мы положим α ∈ α^f(α) = f(α).
Таким образом, мы находим α ∈ α^f(α) ≡ f(α).
Если мы теперь расширим аксиому сводимости так, чтобы она применялась к функциям функций, т. е. если мы предположим ∃ψ(ψ!≡f . ψ(φ)), мы легко выведем α^f(α) = α^∃ψ(ψ!≡f . ψ(α)).
Таким образом, каждая функция, которая может принимать классы в качестве аргументов, т. е. каждая функция функций, определяет класс классов, чьими членами являются те классы, которые удовлетворяют определяющей функции. Таким образом, теория классов классов не представляет никакой трудности.
Нам далее нужно рассмотреть наше пятое требование, а именно, что «α ∈ α» должно быть бессмысленным. Применяя наше определение f(α), мы находим, что если бы эта совокупность символов имела смысл, она означала бы ∃φ(α = z^φ(z) . φα), т. е. в силу определения α ∈ z^φ(z) = φα. Но здесь встречается символ «φα», который присваивает функцию в качестве аргумента самой себе. Такой символ всегда бессмыслен, по причинам, объясненным в начале главы II (стр. 41-43). Следовательно, «α ∈ α» бессмысленно, и наше пятое и последнее требование выполнено.
Как и в случае с ), так и в случае с , существует двусмысленность относительно области действия , если он входит в состав высказывания, которое само по себе является частью более крупного высказывания. Но в случае классов, поскольку мы всегда имеем аксиому сводимости, а именно , которая занимает место , отсюда следует, что истинностное значение любого высказывания, в которое входит , одно и то же, какую бы область действия мы ни приписали , при условии, что высказывание является экстенсиональной функцией любых функций, которые оно может содержать. Следовательно, мы можем принять соглашение, согласно которому областью действия всегда является наименьшее высказывание, заключенное в точки или скобки, в которое входит . Если в какой-то момент потребуется большая область действия, мы можем указать ее с помощью "[ ]", за которыми следуют точки, таким же образом, как мы это делали для .
Аналогично, когда встречаются два символа класса, например, в высказывании вида , нам не нужно помнить правила для областей действия этих двух символов, поскольку все варианты выбора дают эквивалентные результаты, что легко доказать. Для предварительных высказываний желательно правило, поэтому мы можем решить, что символ класса, который встречается первым в порядке записи, должен иметь большую область действия.
Теперь можно понять представление класса одной буквой . Ибо денотат неоднозначен, поскольку не решено, какой из символов , , , и т. д. он должен обозначать, где , , , и т. д. являются различными определяющими функциями класса. В зависимости от сделанного выбора получаются разные высказывания. Но все результирующие высказывания эквивалентны в силу легко доказываемого высказывания: Следовательно, если мы не хотим обсуждать саму определяющую функцию, так что понятие класса на самом деле не присутствует должным образом, двусмысленность в денотате совершенно несущественна, хотя, как мы увидим немедленно, мы вынуждены ограничиться предикативными определяющими функциями. Таким образом, "," где есть переменный класс, на самом деле есть "," где есть переменная функция, то есть это , где есть переменная функция. Но здесь возникает трудность, которая устраняется ограничением нашей практики и аксиомой сводимости. Ибо определяющие функции , , и т. д. будут разных типов, хотя аксиома сводимости гарантирует, что некоторые из них являются предикативными функциями. Тогда, интерпретируя как переменную в терминах изменения любой определяющей функции, мы придем к ошибкам, если не ограничимся предикативными определяющими функциями. Эти ошибки особенно возникают при переходе к полному изменению (ср. стр. 15, 16). Соответственно, особенностью определения использования одной буквы [а именно ] для переменного неполного символа является то, что он, хотя в некотором смысле и является свободной переменной, встречается только в definiendum, в то время как "," хотя и является свободной переменной, встречается только в definiens.
Таким образом, " " означает , а "( " означает . Соответственно, в математических рассуждениях мы можем отбросить весь аппарат функций и думать только о классах как о "квазивещах", способных к непосредственному представлению одним именем. Преимущества двояки: (1) классы определяются своей принадлежностью, так что одному набору членов соответствует один класс, (2) "тип" класса полностью определяется типом его членов.
Также предикативная функция класса может быть определена следующим образом: Таким образом, предикативная функция класса всегда является предикативной функцией любой предикативной определяющей функции класса, хотя обратное неверно.
(3) Отношения. Что касается отношений, у нас есть теория, строго аналогичная той, которую мы только что объяснили в отношении классов. Отношения по объему, как и классы, являются неполными символами. Нам требуется разделение функций двух переменных на предикативные и непредикативные функции, опять же по причинам, которые были объяснены в Главе II. Мы используем обозначение " " для предикативной функции и .