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談談平面的定義問題
送交者: mingcheng99 2021年12月20日18:44:55 於 [五 味 齋] 發送悄悄話

網上由對地平論的討論引發對平面定義的討論。多數在中學生水平。

雖然平面定義對地平論是不必要的, 但平面確實很難定義,在歷史上,許多大科學家的定義都有內在的邏輯問題。 既很容易循環定義,又容易重複性判斷,如我前面的帖子中指出的那樣,你不能先有了歐幾里得2維空間,再去定義平面。 這就是用平面定義平面了。 一個要點是,只能用基本的概念去定義更高級的概念,不能反過來。 

但平面的定義,如同民主的定義一樣,由於民主本身反對任何權威,所以民主是沒有權威的定義的。雖然實踐上是沒有問題的,但在理論上問題很大。  

離開歷史上平面的樸素和直觀的概念,萊布尼茨第一個給出了平面的構造性定義,

“平面是一組這樣的點,它們到兩個定點的距離相等。”

顯然,這個定義沒有用到比平面更複雜的概念,甚至沒有用到直線的概念,他就定義了平面。

一時間,平面其他形式的構造性定義成了熱門。 傅里葉給出了下面的定義:

“平面由經過直線上一點,且與直線垂直的所有直線構成”..

這個定義其實沒有萊布尼茨的好,用了直線的概念,不過線比面低級,還是可以接受的。 但是如我們前面所說,先於“平面”而給出“垂直”,“直線”等概念還是有些不太妥當。 

18 世紀,英國數學家辛松給出了平面的定義,稱為包含性定義:

 “平面是具有下面性質的面,通過其上任意兩點的直線完全包含在該面上”

還是同樣具有內在的邏輯問題。 

最後,還是希爾伯特的平面的公理化定義解決了問題。 就是希爾伯特將點、直線、平面作為原始性概念,不加具體定義,而只描述。也可以稱為公理化定義。現在的民主,也都是只有描述性定義。 就是民主應該是這樣子的。 希爾伯特提出並解決了經典力學的公理化問題,同時也提出了量子力學的公理化問題,但沒有解決。即所謂希爾伯特第六問題。 

希爾伯特的學生馮·諾依曼,(當代最偉大的數學物理學家,沒有之一,與愛因斯坦等人成為普林斯頓的四大教授之一,不須上課。 文小剛的老闆,Witten 也許可以說是他的接班人)繼續前進,在數學和物理上同時獲得許多重要成果,但依然沒有最後成功。 今天,輪到我們來做量子力學的公理化問題了。 :-)) 量子計算的出現和發展給予了量子力學的公理化新的希望。 但在理論上還是有些問題,可能要依賴於科學哲學的最後解決,但在實踐上已經有很大的進展。 具體已經超出本貼題目,詳情請聽下回分解。 :-))





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