欧几里得平行公设
平行公设指出:给定一条直线及直线外一点,经过该点只有一条直线与已知直线平行。这看起来很显然,但与欧几里得的其他公设不同,它并非是不言自明的必要条件。2000年来,数学家们认为它一定能从其他公理推导出来,但事实并非如此。
罗巴切夫斯基的双曲几何
罗巴切夫斯基(1829年)和鲍耶(1832年)分别独立证明了如果假设经过该点有无限多条平行线,你会得到一个一致的几何体系——双曲几何。在双曲空间中,三角形的内角和小于180°,且几何具有负曲率(类似于马鞍面)。
黎曼的推广
伯恩哈德·黎曼(1854年)进一步推广了这一理论:也可以存在零条平行线(球面几何,大圆总是相交的)。而且几何学在三维空间中也不一定是平坦的——空间本身可以弯曲。这成为了爱因斯坦在60年后用于广义相对论的数学框架。
排斥与平反
罗巴切夫斯基在1829年发表了他的研究结果,但遭到了嘲笑和忽视。鲍耶的父亲将这份作品寄给高斯,高斯回复称他在多年前就已经想到了这一切(这很可能是真的,但他从未发表过)。罗巴切夫斯基去世时,他的工作仍未得到认可。随着黎曼的推广,以及最终爱因斯坦证实空间确实是弯曲的,这一成果才得以平反。
常见问题
什么是非欧几里得几何?
非欧几里得几何是任何拒绝欧几里得平行公设的几何体系。在双曲几何(罗巴切夫斯基、鲍耶)中,经过给定点有多条平行线;在球面几何(黎曼)中,没有平行线。两者在内部都是自洽的,并描述了实际的物理空间。
谁发明了非欧几里得几何?
尼古拉·罗巴切夫斯基(俄国,1829年)和亚诺什·鲍耶(匈牙利,1832年)独立发现了双曲非欧几里得几何。高斯后来声称他曾独立发现但从未发表。黎曼在1854年将它们全部统一推广。
非欧几里得几何与爱因斯坦有何关系?
爱因斯坦的广义相对论(1915年)使用黎曼几何将引力描述为四维时空的曲率。大质量物体弯曲了空间的几何结构;我们所经历的引力吸引实际上是沿着弯曲测地线的运动。没有非欧几里得几何,广义相对论就不会有数学语言。