24 Hilbert旅館
德國數學家David Hilbert是Cantor的堅定支持者。他有句名言:“No one shall expel us from the paradise which Cantor has created ” 就是說:“沒有人能夠將我們從Cantor建造的天堂中驅離。”
Hilbert旅館是Hilbert發明的旅館,那裏有無窮多個房間,房間號依次為1,2,3,……。經理就是數學家Cantor。
新開張的旅館信譽好,生意興隆,天天客滿,房客店主都很開心。
有一天來了一位新客人,找到店小二,要住店。店小二撓撓頭皮,說:我們已經客滿,每個房間都有人了,沒辦法啊,對不住了。
旁邊還在思考連續統猜想的Cantor突然說:怎麽沒辦法?有辦法!
他吩咐小二:通知房客,所有人都搬到比他房間號大一號的房間去住。也就是說,住1號房的房客搬到2號房,2號房的房客搬到3號房,依次類推,這樣1號房就空出來了。
店小二雖然沒上過多少學,卻是一個聰明人,觸類旁通,以後就是來一千來一萬,他也不怕了。
過了一些日子,又遇上了新問題。那天一開門,外麵來了無數的客人要住店。這裏的無數可不是文學上的修辭誇張,是真的無數。小二傻眼了,這可咋辦啊?旅店客滿他倒不怕,問題是一下子人來得實在是太多了呀。
Cantor說:太好辦了。他吩咐小二,你去通知現有房客,讓他們搬去他們現有房號的兩倍房號那裏去。這樣,1號房客住進了2號,2號房客住進了4號,3後房客住進了6號,等等,所有的奇數號房都空出來了。於是新來的客人都可以入住了。
店小二人聰明,擅長舉一反三。比如有一天,旅館外來了兩輛客車,每輛車上都有無窮多的客人,怎麽辦呢?不能事事都找經理,他自己就動腦子想出了點子。他通知現有的房客,讓他們都搬進現有住房號三倍的那號房去。這樣,1號房客搬進了3號,2號房客搬進了6號,於是,1號2號空了出來,4號5號空了出來,依次類推,然後安排第一輛車的第一位客人住1號,第二輛車的第一位客人住2號,第一輛車的第二位客人住4號,第二輛車的第二位客人住5號,等等,所有的客人就都安排妥當了。
日子一天天過去,店小二也越來越成熟。不過有一天,又碰上難題了。這一次來了無數輛客車,車車都載著無數的客人,這一下他的聰明腦袋隻好再一次發矇。
沒辦法,隻能找經理。
Cantor說:別急,照樣有辦法。
你讓現有的住在i 號房的客人搬進2^i號房,這樣所有的奇數號房都空出來了,當然還有不少偶數號的房也空出來了,比如,6號,10號,12號,等等。然後我們把所有的奇素數排好,分別叫p1,p2,p3,……,接下來你這樣安排新來的客人:第i輛車上的第n個客人,你讓他住進(pi)^n號房。
店小二跟著Cantor已經有一段日子了,對素數已經有了一些了解。他知道奇素數有無窮多,按順序排出來就是: 3,5,7,11,13,17,……,也就是: p1=3,p2=5,p3=7,p4=13,p5=17,……。他安排好了客人,長長舒了一口氣。不光客人安排妥當了,還有無窮多的房間空了下來,以後再來些零散客人,他都不用費腦子了。
這時店小二突然想起:自從旅館開業以來,還從來沒有客人退過房,而新來的客人卻有增無減,怎麽開著開著,反而空出無窮多的房間?
這個Hilbert旅館,真是邪了門了……
(完)