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1701105890 事实上,这个定义并没有定义什么;对于生活在只有流体的世界的生物来说,它是毫无意义的。假如它在我们看来似乎是清楚的,那是因为我们利用了天然固体的性质,天然固体与所有维度都不可改变的理想固体并没有很大的差别。
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1701105892 尽管这个定义可能是不完善的,但它也隐含着公理。
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1701105894 刚性图形运动的可能性并不是自明的真,或者至少仅就欧几里得公设的样式来看是如此,它不像先验分析判断那样。
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1701105896 再者,在研究几何学的定义和证明时,我们看到,人们被迫在毫无证据的情况下不仅承认这种运动的可能性,此外还要承认它的某些性质。
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1701105898 可以立即从直线的定义中看到这一点。人们给出了许多有缺陷的定义,但是真正的定义却隐含在直线所参与的一切证明中:
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1701105900 “刚性图形的运动可以这样发生:属于这个图形的线的各点依然不动,而处于这条线外的各点则运动。这样的线被称之为直线。”在这个阐述中,我们故意把定义和它所隐含的公理隔离开来。
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1701105902 许多证明,例如三角形全等例子的证明,从一点向一直线引垂线的证明,都预先假定了未阐述的命题,因为它们需要承认,在空间以某种方式移动图形是可能的。
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1701105904 第四种几何学。在这些隐公理中,有一个公理在我看来似乎是值得注意一下的,因为抛弃了它,便能够构造出像欧几里得、罗巴契夫斯基和黎曼的几何学一样融贯的第四种几何学。
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1701105906 为了证明在一点A总可以向直线AB引垂线,我们考虑一直线AC,它可以绕A点移动且开始时与固定的直线AB重合;我们使它绕点A转动,直到它转到AB的延长线上。
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1701105908 这样一来,便预先假定了两个命题:首先,这样的转动是可能的,其次,转动可以继续下去,直到两条直线互为延长线时为止。
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1701105910 如果承认第一点而否认第二点,我们便有可能得到一系列定理,这些定理甚至比罗巴契夫斯基和黎曼的定理更奇异,但同样没有矛盾。
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1701105912 我只想引用这些定理中的一个,它并不是最奇特的:实直线可以垂直于它本身。
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1701105914 李定理。在典型的证明中,隐含地引入的公理数比所需要的要多,把它简化到最少也许是引人入胜的。希尔伯特(Hilbert)仿佛已对这个问题做出了最后的解答。首先,人们大概会先验地询问,这种简化是否可能,必要的公理数和可以想象的几何学数是否不是无限的。
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1701105916 索弗斯·李(Sophus Lie)定理支配着这一整个讨论。它可以这样阐述:
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1701105918 假定下述前提得到公认:
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1701105920 1°空间有n维;
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1701105922 2°刚性图形的运动是可能的;
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1701105924 3°要决定这个图形在空间的位置需要p个条件。
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1701105926 适合于这些前提的几何学数将是有限的。
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1701105928 甚至还可以附加说,如果n是已知的,能够指定最高极限为P。
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1701105930 因此,如果承认运动的可能性,那么只能发明有限(甚至是相当少的)数目的三维几何学。
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1701105932 黎曼几何学。可是,这个结果似乎受到黎曼的反驳,因为这位学者构造了无数不同的几何学,通常以他名字命名的几何学只是一个特例。
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1701105934 他说,一切均取决于如何定义曲线的长度。现在,有无数定义这一长度的方法,它们中的每一个都可以成为新几何学的起点。
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1701105936 这是完全为真,不过这些定义中的大多数都与刚性图形的运动格格不入,而在李定理中,则假定这种运动是可能的。因此,这些黎曼几何学尽管在许多方面如此有趣,但它们永远不过是纯粹分析的,是不适合于类似于欧几里得那样的证明的。
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1701105938 希尔伯特几何学。最后韦罗纳塞(Veronese)先生和希尔伯特先生曾构想出更新奇的几何学,他们称其为“非阿基米德(Archimedes)几何学”。他们舍弃阿基米德公理,而建立新的几何学,根据这条公理,凡以足够大的整数乘以给定的长度,最终必然超过原先给定的任何大的长度。在一条非阿基米德直线上遍布着普通几何学的点,但尚有无穷的点夹在其中,这样一来,旧派几何学家认为相邻接的两截段之间,现在就可以插入无穷多的新点。一句话,按前一章的说法,非阿基米德空间不再是二维连续统,而是三维连续统。
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