平行線可相交被證實!原提出這個幾何理論的數學家,「含冤而死」

2021-01-15 長葶古巷

假如你要尊重真理,就要預期在腹背受難。——笛福

通過數學課本的學習,我們從小就知道同一平面內的兩條平行線不會相交。然而鮮少有人知道在幾何學裡還存在著和歐式幾何相矛盾的非歐幾何。

俄國的數學天才羅巴切夫斯基發現了非歐幾裡的幾何學,稱平行線可相交。這一數學理論的提出在當時嚴重衝擊了數學界權威,羅巴切夫斯基也遭受了哪些思想守舊的正統數學家的冷漠反對甚至嘲諷,最後只能鬱鬱而終。然漫長黑夜之後必定迎來光明,羅巴切夫斯基提出的非歐幾何結果在12年後被證明其正確性。

在失敗中發現新幾何

眾所周知,古希臘學者歐幾裡得創作了對數學領域影響深遠的《幾何原本》。在這本著作裡面,歐幾裡得在一開始設定了五個公理和五個公設來方便推演出幾何學的所有命題。遺憾的是,歐幾裡得唯獨對第五公設即平行公理沒有證明,第五公設也得到了數學家的質疑。為了完成平行公理的證明工作,數學家們花費了無數的精力通過各種手段來對其證明,但無一例外都慘遭失敗。

1815年,俄國數學家羅巴切夫斯基也開始嘗試證明平行公理,他順著前人的證明思路卻理性地發現之前所有的證明都存在著循環論證的錯誤。

既然前人和自己的證明方法都失敗,那有沒有可能存在著另一種相反的可能命題?很快羅巴切夫斯基開始運用反證法作出完全顛覆人們認知的假設:過直線外一點,可以做無數條直線與已知直線平行。

在論證這個命題的過程中,這位偉大的數學家走進了一個全新的幾何領域。羅巴切夫斯基對於上面的假設命題不但沒有否定,還結合了歐幾裡得幾何學裡面與平行公理無關的命題一起展開推理證明,從而驚喜地發現一個全新的幾何體系—非歐幾何。由於在現實世界裡並沒有和非歐幾何相對應的實物,羅巴切夫斯基也將非歐幾何稱為「想像幾何」,在後來也被人們稱作羅氏幾何。

遭受嘲諷而鬱鬱而終

羅巴切夫斯基運用反證法發現了沒有任何邏輯矛盾的新的公理體系,滿懷熱情地準備將自己的這一重大發現告知學術界。在1826年由喀山大學舉辦的知名物理數學系學術會議上,羅巴切夫斯基首次公開了自己關於非歐幾何學的研究發現,然而現實卻給他潑了一盆冷水,人們並不接納他全新的幾何學。

在場的眾多教授在聽到這些匪夷所思的數學理論時,完全不認同羅巴切夫斯基對第五公設可證性的反駁。

之後俄國的數學家們知道了這件事,一致頑固地認為羅巴切夫斯基是在挑戰數學界的權威。人們對於熟知的歐幾裡幾何學深信不疑,對於那些有違認知的數學理論:例如平行線可相交、三角形的內角和小於兩直角等,覺得荒誕不已。

真理往往掌握在少數人的手裡,在走向真理的路上必定無助孤獨。很遺憾,羅巴切夫斯基提出的非歐幾何在他生前並沒有被世人認同,甚至還遭到人們的嘲諷和語言攻擊,最後只能鬱鬱而終。

不曾放棄發展非歐幾何的堅定信念

儘管羅巴切夫斯基的首篇關於非歐幾何的學術性論文被學術界不屑一顧,但他很快在三年後再補充第一篇論文的基礎上發表了《幾何學原理》。緊接著羅巴切夫斯基請求將這篇論文送彼得堡科學院審評,但最後遭到否定。當時的數學界以那些頑固的保守勢力為主,那些傑出的數學家也不能理解羅巴切夫斯基的非歐幾何。

值得一提的是,在學術界威望甚高的數學巨匠高斯,早期在和朋友往來的書信裡曾經提及過非歐幾何的思想,但從未公之於眾。在看到羅巴切夫斯基關於非歐幾何的著作時,高斯認為羅巴切夫斯基是一位特別傑出的數學家。

但迫於當時頑固的保守勢力,高斯在欣賞羅巴切夫斯基的同時卻也未曾公開評論他的非歐幾何研究工作。可想而知,羅巴切夫斯基展開非歐幾何的研究工作必定困難重重。

為了讓非歐幾何發光發熱,羅巴切夫斯基不但用各種語言翻譯了自己的著作,還詳細制訂了天文觀測方案用來論證非歐幾何的存在。此外,羅巴切夫斯基還詳細注釋了非歐幾裡得幾何學的解析和微分部分。

晚年的羅巴切夫斯基在飽受學術壓制和工作限制的艱難條件下,卻也沒有放棄發展非歐幾何的堅定信念。除了忍受事業上的身心折磨,羅巴切夫斯基還痛失自己的愛子,身體變得愈發羸弱不堪,眼睛最後失明。但即便身患重病,羅巴切夫斯基在最後的時間裡口授學生完成了關於非歐幾何的最後一部著作《論幾何學》。

遲到的接納和讚譽

為了非歐幾何可以被世人認可,羅巴切夫斯基為之努力奮鬥終身。無論身處多麼艱難的險境,這位偉大的數學家依然在等待著黎明的曙光。可惜的是,這位開闢了幾何學新領域的偉大數學家在最後一刻也沒能親眼看見非歐幾何在學術界綻放璀璨光芒。

無論如何真理將永存,歷史終將評判所有觀點和見解。1868年也就是在羅巴切夫斯基逝世12年後,貝特拉米發表了一篇對非歐幾何解釋的學術論文,主要講述了非歐幾何可以存在於歐氏空間的曲面上,證明了非歐幾何的正確性。之前眾人覺得荒誕不已的非歐幾何,就這樣在學術界掀起了一陣狂風巨浪,人們發現其近乎完美的邏輯性可以和歐氏幾何相媲美。

非歐幾何被認為是人類認識史上的一項富有創造性的偉大成果,可以說推動了近百年來的數學進步,羅巴切夫斯基也終於迎來自己遲到的接納和讚譽。人們高度讚美了羅巴切夫斯基關於非歐幾何的獨創性研究,並且稱讚他是「幾何學中的哥白尼」。

在探索真理的路上,往往無助而孤獨,而那些不畏艱難為此奮鬥一生的人才是真正的勇士。時間終將證明一切,科學之光必將來臨!

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  • 俄國數學家稱:「平行線可以相交」,卻遭到質疑,死後12年被證實
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    在歐幾裡得去世後,他的著作《幾何原本》流傳於世,其中「平行線不會相交」的理論就是出自該書中的平面幾何五大公設。歐幾裡得的幾何學思想影響了後世近千年,但在19世紀,他的「平行線不會相交」理論卻被證明是存在漏洞的。都知道那個時候人們的思想是相當禁錮的,誰最先得出了什麼證明,便會成為真理一直傳於後世,沒有人會去質疑他的正確性,就像「地球是方的」這句話,愚弄了人類多少年?
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