基礎:點、線、面與公理化方法
原始名詞(undefined term)
試著只用更簡單的詞去定義一個詞,然後再去定義那些詞,再定義那些——最後你不是繞回原點,就是無詞可用。每本字典其實都偷偷靠著這一點:解釋總得在某處停下。在幾何中,我們把這個停下的地方變得誠實而明確:挑出幾個大家同意永不定義的詞。這些就是原始名詞(undefined term)。
在歐氏幾何中,標準的原始名詞是點、線、面(有些處理方式也讓「位於其上」或「介於」保持未定義)。我們不說點是什麼,而是讓公理說出點、線、面如何相關——例如「過任意兩點恰有一條直線」。從這些原始概念與公理出發,其他每個幾何詞都被定義出來:線段是直線上兩點之間的部分,角是共用一端點的兩條射線,依此類推。原始名詞就是其餘一切賴以建立的基石。
讓某些詞保持未定義,誠實的理由不是偷懶而是邏輯:一個能把一切都證明又定義的有限系統是不可能的,因為每個定義都用到更早的詞、每個證明都用到更早的事實,所以總得有某樣東西既不被定義也不被證明地最先出現。一個強而有力的後果是:原始名詞可以指任何遵守公理的東西。任何滿足某幾何公理的物件與關係的集合,都是該幾何的一個模型(model)——於是在一個模型裡「點」是圓點,在另一個裡是一對數,在再一個裡是大圓的極點。幾何研究的是模式,而非道具。
考慮一個只有三點 {A, B, C} 的迷你「幾何」,其中「線」就是配對 {A,B}、{B,C}、{A,C}。這裡「點」與「線」都未定義——然而「過任意兩點恰有一條線」卻成立。同一條公理也能被一組毫不相干的物件滿足,這顯示這些詞的意義僅由公理所強制決定。
原始名詞指的是任何遵守公理的東西——連有限的玩具模型也算數。
說原始名詞「沒有意義」或「太明顯而無須定義」都是錯的;它們的意義恰好由公理所賦予,不多也不少。
又稱
另見