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在俄罗斯喀山大学的教学楼内,召开了一场学术研讨会,参与学术研讨会的人都是俄罗斯数学界的大佬。在严肃的学术会议上,平日里被大家寄予厚望的年轻数学家罗巴切夫斯基上台发言时,突然讲起了令人匪夷所思的数学理论:平行线可以相交,三角形内角之和不等于180°等等古怪的定理。
听着罗巴切夫斯基“荒谬”的言论,在场的人都感到吃惊和疑惑,随后又转变成了否定和怀疑。有人可能认为他的脑子是不是进水了?
罗巴切夫斯基
发言结束后,在场没有人参与讨论,一片寂静。台下的评论专家分别是当时俄罗斯数学界大名鼎鼎的西蒙诺夫、古普费尔和博拉斯曼三人组。他们的态度很明显是否定的,更没有给出任何的意见和建议。
在小学的数学课本里,我们学过几个重要的定义,比如,三角形内角和等于180°,两平行线一定不相交等等,这些都是数学中的常识知识,亘古不变的定律,没有人会提出质疑。
如果你在数学课堂上提出:老师,两条平行线是可以相交的。
老师肯定说:小明,你出去!
“两条平行线永不相交”这一定律是由古希腊数学家欧几里得在公元前4世纪提出的,早期时,代数、几何曾是数学的两大分支,代数很好理解,与数和计算息息相关。几何呢?咋们通常默认为一些图形的推导和计算。
在几何诞生之初,欧几里得在人们公认的一些几何知识基础上,开始重点研究图形的性质。推导出了若干个定理,整理并撰写了《几何原本》,《欧氏几何》就此诞生。
在《几何原本》中,有以下五个基础公设。
1. 由任意一点到任意一点可作直线。
2. 一条有限直线可以继续延长。
3. 以任意点为心及任意的距离可以画圆。
4. 凡直角都相等。
5.若两条直线都与第三条直线相交,并且在同一边的内角之和小于两个直角,则这两条直线在这一边必定相交。
什么是公设?就是不需要解释,大家都明白的命题,比如太阳从东方升起,一加一是等于二的。不需要证明,但必须加以承认的某些陈述或命题。公设是任何学科的基础,任何学科有了公设之后,才能进一步拔地而起,类似于修建摩天大楼的地基。由这五条公设推导出来的,我们称它为“命题”。
以上五条公设中,前四条大家一看简单明了,不需要转弯抹角理解,但第五条,非常的啰嗦,结论也没那么显然易见。
在《几何原本》中,欧几里得直到“第二十九条命题”才使用“第五公设”进行推理,也就是说,不依靠“第五公设”就已经能推出前“二十八个命题”了。而且“二十九命题”之后也没使用过“第五公设”。“第五公设”推出的“第二十九条命题”到底是什么呢?
德国数学家黎曼
这就是几何史上著名的“平行线理论”,根据第五公设推出两条平行线是不相交的。这一命题在19世纪之前,一直被人们视为真理。
俄罗斯数学家罗巴切夫斯基对于第五公设产生了浓厚的兴趣,一直想给出合理的证明。他与其他数学家不同,他利用的是反证法,什么是反证法?给大家举个例子,比如:有甲、乙两个盒子,甲盒子中放一个红球,乙盒子不放球,为证明红球在甲盒中,可以查看乙盒中是否有红球,如果乙盒中没有红球,则证明红球在甲盒中,这就是反证法。
罗巴切夫斯基利用反证法,假设一个与平行公理相矛盾的命题,用其代替第五公设,和前四个公设一起成为一个新的公理系统,并进行了一系列的推理。如果证明过程中出现了矛盾,那就说明第五条公设是正确的。结果,罗巴切夫斯基经过层层推理,得出结论:第五公设无法被证明。
得到了新的几何学命题后,罗巴切夫斯基将其整理,正式命名为:《罗氏几何》,也叫《非欧几何》。同此同时,匈牙利数学家鲍耶·雅诺什也发现了第五公设是不可证明,验证了《非欧几何》一说。
罗巴切夫斯基几何
如今,如果我们科学上研究出一个新的发现,那肯定是要被赞扬的,还可能获得诺贝尔奖,但在当时的欧洲,匈牙利数学家鲍耶·雅诺对于此发现根本不敢发表,如同发现《进化论》的达尔文一样,惧于当时教会力量的*,选择隐忍。社会上如此,在家中也是如此,鲍耶·雅诺的理论也遭到了数学家的父亲鲍耶·法尔卡的反对。1832年,鲍耶·雅诺的研究结果终于得以面世,只是隐藏发表在他父亲的一本著作的附录里,更别说站出来支持罗巴切夫斯基了。
在1915年,美国的一位物理学家正在撰写《相对论》,然而当时现有的《欧式几何》无法与《相对论》相匹配,随后,他发现《非欧几何》与《相对论》极好的贴合,让他甚是高兴他引用《非欧几何》来描述他的广义相对论空间,获得巨大成功,他还证明了非欧空间是物质运动的一种存在形式。历史终究是公平的,《非欧几何》最终还是得到的应有的重视,这位物理学家就是爱因斯坦。
爱因斯坦
然而,率先提出《非欧几何》的俄罗斯数学家罗巴切夫斯基,在提出《非欧几何》后,一直被质疑,12年后郁郁而终。因为他对数学的贡献,*的喀山大学为其立碑造雕像,以便纪念这一位伟大的数学家。
读到这里,大家可能还是会有疑惑,《非欧几何》如何证明平行线是可以相交的呢?又如何证明三角形内角和大于180°呢?
给大家举个简单易懂的例子,一个地球仪模型,找到0度和随意一根经线,再找到一根纬线,三线维出的三角形,内角和一定大于180°吧?
至于平行线必相交,也很好理解:地球上赤道处的经度线,在赤道处是平行的,在两极却是相交的。
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相信每个上过小学的人都曾背过平行线的定义,在我们的概念中,平行线有一条重要的定义,那就是永不相交。*天才数学家尼古拉斯·伊万诺维奇·罗巴切夫斯基称“平行线可相交”,包括造诣颇深的数学家高斯在内的很多人都不认可,罗巴切夫斯基离世12年后被证明“平行线可相交”。
罗巴切夫斯基用反证法证明欧氏几何第五公设,他发现可能隐藏着一个和欧氏几何完全不同,但是一样完整的几何体系!这个发现惊呆了他。
欧氏《几何原本》第五公设,不能说有什么错,只是其概括不完整。凭当时的欧几里得,无论如何也不可能想到,在平面上,顶角等于或小于3.6度的等腰三角形,两个底角都是直角,内角和是大于180度的。这一点,即使是罗巴切夫斯基双曲几何和黎曼几何发现后的今天,数学界仍然无人知晓。至今人们还不知道,弯曲是平直直接组成的,转折弯曲是这样,很直观,如"w”这个字母,就是四条直的线段弯曲构成的转折曲线,圆弧线同样也是直线连接弯曲构成的,只是人眼看〇,不能如看w那么直观的看出来。数学界认为圆周是点的集合,是违背几何常识的,点没有长度,不能构成任何有长度的线条和几何图形!两点能用线连成一条线,而点与点是不能直接构成线条的。
欧氏几何是平面几何,所有定义都在平面上的,平行线当然不会相交,三角形内角之和当然等于180°,属于绝对理想化几何! 但非欧几何是曲面3D几何,在曲面上的平行线当然最终相交于极点,曲面上的三角形内角之和大于或小于180°! 非欧几何属于现实几何,因为现实中是没有绝对的平面的。
欧式几何中的平行线规定是在一个平面内永不相交的两条直线。非欧几何中,有一个说法,垂直于同一条直线的两条直线也会相交。而在欧式几何中,垂直于同一条直线的两条直线就是平行线,所以就有了“非欧几何中平行线会相交”的说法。 黎曼几何中的一条基本规定是:在同一平面内任何两条直线都有公共点(交点)。 所以说,欧式几何和非欧几何中所谓的“平行线”不是一回事。
认知是受环境以及意念变化的,我们今天所认同的公式在未来的某一天或许是错的,但它并非一无是处。如今的理论在未来不会是错的,只有可能成为一种更高深理论中的特殊情况。就像相对论之于牛顿力学,相对论并没有否定牛顿力学,而是把它当作一种特殊情况,即宏观低速。
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平面空间是我们对现实空间的直观认识,从而定义出来的理想型空间,平行线基于平面空间的定义所以不会相交。但如果是曲面空间,那么平行线就可以相交,而目前的科学证实真实的空间是曲面空间,只是曲率不同,若曲率无限小就可以等同于平面空间,那么就可以说平行线会在足够远或无限远的地方相交,这就是基于曲面空间的定义
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不可以,因为平行线的定义就是不可以相交的 ,如果平行线可以相交的话,那么就不能叫做是平行线了的,是其他玩意了。
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对呀,平行线当然可以被证实的了。你出一万美元的工钱,我来给你证明。这是个小学题目。