1826年,在俄羅斯喀山大學的教學樓內,召開了一場學術研討會,參與學術研討會的人都是俄羅斯數學界的大佬。在嚴肅的學術會議上,平日裡被大家寄予厚望的年輕數學家羅巴切夫斯基上臺發言時,突然講起了令人匪夷所思的數學理論:平行線可以相交,三角形內角之和不等於180°等等古怪的定理。
聽著羅巴切夫斯基“荒謬”的言論,在場的人都感到吃驚和疑惑,隨後又轉變成了否定和懷疑。有人可能認為他的腦子是不是進水了?
發言結束後,在場沒有人參與討論,一片寂靜。臺下的評論專家分別是當時俄羅斯數學界大名鼎鼎的西蒙諾夫、古普費爾和博拉斯曼三人組。他們的態度很明顯是否定的,更沒有給出任何的意見和建議。
在小學的數學課本里,我們學過幾個重要的定義,比如,三角形內角和等於180°,兩平行線一定不相交等等,這些都是數學中的常識知識,亙古不變的定律,沒有人會提出質疑。
如果你在數學課堂上提出:老師,兩條平行線是可以相交的。
老師肯定說:小明,你出去!
“兩條平行線永不相交”這一定律是由古希臘數學家歐幾里得在公元前4世紀提出的,早期時,代數、幾何曾是數學的兩大分支,代數很好理解,與數和計算息息相關。幾何呢?咋們通常預設為一些圖形的推導和計算。
在幾何誕生之初,歐幾里得在人們公認的一些幾何知識基礎上,開始重點研究圖形的性質。推匯出了若干個定理,整理並撰寫了《幾何原本》,《歐氏幾何》就此誕生。
在《幾何原本》中,有以下五個基礎公設。
1. 由任意一點到任意一點可作直線。
2. 一條有限直線可以繼續延長。
3. 以任意點為心及任意的距離可以畫圓。
4. 凡直角都相等。
5.若兩條直線都與第三條直線相交,並且在同一邊的內角之和小於兩個直角,則這兩條直線在這一邊必定相交。
什麼是公設?就是不需要解釋,大家都明白的命題,比如太陽從東方升起,一加一是等於二的。不需要證明,但必須加以承認的某些陳述或命題。公設是任何學科的基礎,任何學科有了公設之後,才能進一步拔地而起,類似於修建摩天大樓的地基。由這五條公設推匯出來的,我們稱它為“命題”。
以上五條公設中,前四條大家一看簡單明瞭,不需要轉彎抹角理解,但第五條,非常的囉嗦,結論也沒那麼顯然易見。
在《幾何原本》中,歐幾里得直到“第二十九條命題”才使用“第五公設”進行推理,也就是說,不依靠“第五公設”就已經能推出前“二十八個命題”了。而且“二十九命題”之後也沒使用過“第五公設”。“第五公設”推出的“第二十九條命題”到底是什麼呢?
這就是幾何史上著名的“平行線理論”,根據第五公設推出兩條平行線是不相交的。這一命題在19世紀之前,一直被人們視為真理。
俄羅斯數學家羅巴切夫斯基對於第五公設產生了濃厚的興趣,一直想給出合理的證明。他與其他數學家不同,他利用的是反證法,什麼是反證法?給大家舉個例子,比如:有甲、乙兩個盒子,甲盒子中放一個紅球,乙盒子不放球,為證明紅球在甲盒中,可以檢視乙盒中是否有紅球,如果乙盒中沒有紅球,則證明紅球在甲盒中,這就是反證法。
羅巴切夫斯基利用反證法,假設一個與平行公理相矛盾的命題,用其代替第五公設,和前四個公設一起成為一個新的公理系統,並進行了一系列的推理。如果證明過程中出現了矛盾,那就說明第五條公設是正確的。結果,羅巴切夫斯基經過層層推理,得出結論:第五公設無法被證明。
得到了新的幾何學命題後,羅巴切夫斯基將其整理,正式命名為:《羅氏幾何》,也叫《非歐幾何》。同此同時,匈牙利數學家鮑耶·雅諾什也發現了第五公設是不可證明,驗證了《非歐幾何》一說。
如今,如果我們科學上研究出一個新的發現,那肯定是要被讚揚的,還可能獲得諾貝爾獎,但在當時的歐洲,匈牙利數學家鮑耶·雅諾對於此發現根本不敢發表,如同發現《進化論》的達爾文一樣,懼於當時教會力量的迫害,選擇隱忍。社會上如此,在家中也是如此,鮑耶·雅諾的理論也遭到了數學家的父親鮑耶·法爾卡的反對。1832年,鮑耶·雅諾的研究結果終於得以面世,只是隱藏發表在他父親的一本著作的附錄裡,更別說站出來支援羅巴切夫斯基了。
在1915年,美國的一位物理學家正在撰寫《相對論》,然而當時現有的《歐式幾何》無法與《相對論》相匹配,隨後,他發現《非歐幾何》與《相對論》極好的貼合,讓他甚是高興他引用《非歐幾何》來描述他的廣義相對論空間,獲得巨大成功,他還證明了非歐空間是物質運動的一種存在形式。歷史終究是公平的,《非歐幾何》最終還是得到的應有的重視,這位物理學家就是愛因斯坦。
然而,率先提出《非歐幾何》的俄羅斯數學家羅巴切夫斯基,在提出《非歐幾何》後,一直被質疑,12年後鬱鬱而終。因為他對數學的貢獻,俄國的喀山大學為其立碑造雕像,以便紀念這一位偉大的數學家。
讀到這裡,大家可能還是會有疑惑,《非歐幾何》如何證明平行線是可以相交的呢?又如何證明三角形內角和大於180°呢?