数学的公理化
十九世纪末到二十世纪初,数学已发展成为一门庞大的学科,经典的数学部门已经建立起完整的体系:数论、代数学、几何学、数学分析。数学家开始探访一些基础的问题,例如什么是数?什么是曲线?什么是积分?什么是函数?……另外,怎样处理这些概念和体系也是问题。
经典的方法一共有两类。一类是老的公理化的方法,不过非欧几何学的发展,各种几何学的发展暴露出它的许多毛病;另一类是构造方法或生成方法,这个办法往往有局限性,许多问题的解决不能靠构造。尤其是涉及无穷的许多问题往往靠逻辑、靠反证法、甚至靠直观。但是,哪些靠得住,哪些靠不住,不加分析也是无法断定的。
对于基础概念的分析研究产生了一系列新领域抽象代数学、拓扑学、泛函分析、测度论、积分论。而在方法上的完善,则是新公理化方法的建立,这是希尔伯特在1899年首先在《几何学基础》中做出的。
十九世纪八十年代,非欧几何学得到了普遍承认之后,开始了对于几何学基础的探讨。当时已经非常清楚,欧几里得体系的毛病很多:首先,欧几里得几何学原始定义中的点、线、面等不是定义;其次,欧几里得几何学运用许多直观的概念,如“介于……之间”等没有严格的定义;另外,对于公
f理系统的独立性、无矛盾性、完备性没有证明。在十九世纪八十年代,德国数学家巴士提出一套公理系
统,提出次序公理等重要概念,不过他的体系中有的公理不必要,有些必要的公理又没有,因此他公理系统不够完美。而且他也没有系统的公理化思想,他的目的是在其他方面想通过理想元素的引进,把度量几何包括在射影几何之中。
十九世纪八十年代末期起,皮亚诺和他的学生们也进行了一系列的研究。皮亚诺的公理系统有局限性;他的学生皮埃利的“作为演绎系统的几何学”,由于基本概念太少而把必要的定义和公理弄得极为复杂,以致整个系统的逻辑关系极为混乱。
希尔伯特的《几何学基础》的出版,标志着数学公理化新时期的到来。希尔伯特的公理系统是其后一切公理化的楷模。希尔伯特的公理化思想极深刻地影响其后数学基础的发展,他这部著作重版多次,已经成为一本广为流传的经典文献了。
希尔伯特的公理系统与欧几里得及其后任何公理系统的不同之处,在于他没有原始的定义,定义通过公理反映出来。这种思想他在1891年就有所透露。他说:“我们可以用桌子、椅子、啤酒杯来代替点、线、面”。当然,他的意思不是说几何学研究桌、椅、啤酒怀,而是在几何学中,点、线、
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