俄国数学天才称:平行线可以相交,被众人嘲讽,死后12年被证实

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大家从小就学过平行线,欧几里德的几何里,它们永远不碰头,这好像是天经地义的事。可有个俄国数学家偏不这么想,他说平行线在某些情况下能相交,这话一出,遭了不少人笑话。可他死了12年后,这想法还真被证明对了。这人就是罗巴切夫斯基,他的故事是数学圈的传奇。

在公元前300年左右,欧几里德写下《几何原本》,里面有五个公设,其中第五公设说,通过一条直线外的一个点,只能画一条平行线。

这公设有点长,其他的都短小精悍,所以从古时候起,数学家就琢磨,能不能用前四个公设证明第五个。要是能证明,它就不是公设了,而是定理。可试了上千年,谁都没成功。18世纪末,这问题还挂在那儿。

罗巴切夫斯基出生在下诺夫哥罗德,15岁就上喀山大学,学物理和数学。大学老师里有德国人巴特尔斯,这人是高斯的学生,对罗巴切夫斯基影响不小。毕业后,他留校,35岁就当上校长,一直干到1846年。

他不光教书,还管行政。那时候喀山大学乱,德国老师走光,他一个人扛起数学、物理、天文课。还帮学校建楼,管图书馆,搞观测台。霍乱来袭,他组织隔离,救了不少人。学后来他还管地区教育,改革学校标准。

可惜,因为健康和行政问题被解雇,收入没了,家底卖光。他眼瞎了,行动不便,还丢了个儿子。1856年,他穷困潦倒地死了,葬在喀山。

罗巴切夫斯基的数学贡献主要在非欧几何。从1817年他就开始琢磨欧几里德第五公设。起初,他也试着证明它,用前四个公设推导,可总失败。到1823年,他写成《几何学》,但没马上发。

1826年,他第一次在喀山大学物理数学系会议上讲他的想法:假设第五公设不对,通过一点,能画多条平行线。然后用前四个公设推,没矛盾,还得出新结果。比如,三角形内角和小于180度,平行线在某种空间里会发散,看起来像要相交。

这在双曲几何里成立。他把这叫“想象几何”,不是说假的,而是说和现实空间不一样。在这几何中,直线无限延伸,能有无限多条不交的,但行为不同。平行线不保持等距,而是渐远或渐近,在无限远点上像要碰头,但实际在模型里能模拟相交效果。

可这些想法一出,就被怼。喀山同事先是震惊,没写意见。论文寄到彼得堡科学院,专家奥斯托格拉德斯基看完,说是胡说,语言刻薄。

科学院拒了,学者们私下传笑话,说他想出名。俄罗斯数学界视他为异端,福斯也批评。报纸和期刊嘲他“抽象”,民众觉得违背常识,铁轨平行永不交,怎么可能相交?

1840年高斯读到,私下说和自己想法一样,早几年就想过,但没发,怕挨批。高斯推荐他进哥廷根皇家学会,但没公开支持。其他欧洲数学家后来说,高斯怕“愚民”攻击,就藏着。高斯和罗巴切夫斯基没直接通信,但高斯学俄文读他的书。

罗巴切夫斯基没放弃,坚持写书,可生前没认可。他死后,事情转折。1868年,意大利数学家贝尔特拉米发论文,用伪球模型证明罗巴切夫斯基几何一致。

伪球是负曲率表面,直线是测地线,能模拟平行线行为:在曲面上,两条“平行”线无限延伸,能相交或发散。这证明非欧几何和欧几里德一样没矛盾,只要欧几里德一致,它也一致。

贝尔特拉米的工作让非欧几何站稳脚。克莱因用射影模型扩展。里曼演讲奠基更多几何。克利福德叫罗巴切夫斯基“几何的哥白尼”,因为他打破欧几里德垄断,激发质疑其他公理。

这影响大。爱因斯坦广义相对论用非欧几何描述弯曲时空。引力让空间变曲,平行线行为变。现代物理、拓扑、群论都借用双曲几何。工程里,相对论导航系统用它模拟曲面。

1927年喀山大学起设罗巴切夫斯基奖,现在有罗巴切夫斯基的雕像。尼日尼诺夫哥罗德大学改名罗巴切夫斯基大学。

科学进步常这样。新想法先被笑,后被证。罗巴切夫斯基不是第一个挑战平行公设的,从萨克里到高斯,都想过。但他是第一个完整建体系发出来的。罗巴切夫斯基的坚持,让数学多条路。

生活中,我们总觉得某些事理所当然。可一深挖,发现空间不一定平。罗巴切夫斯基因穷困而死,没见认可,可他的想法活下来,改变世界。罗巴切夫斯基的故事,是科学史一页。

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