1826年2月23日,俄国喀山大学,尼古拉·伊万诺维奇·罗巴切夫斯基站在讲台前,宣读一篇足以改变几何学方向的论文。他面对的不是掌声,而是一片难以掩饰的疑惑。
在普通平面上,两条平行线不会相交,这是学生时代人人熟悉的结论。可若“平面”并不是我们想象中的平面,结论还成立吗?罗巴切夫斯基要追问的,正是这个看似简单、实际困扰数学家两千多年的问题。
欧几里得在公元前3世纪写下几何学体系,其中第五公设尤其特殊。它的表述冗长,远不像其他公设那样简洁。后世数学家始终觉得,它或许不是不能证明,只是暂时没有找到正确方法。
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于是,一代又一代人试图从其他公理出发,把第五公设推导出来。结果却颇为古怪:证明过程总在某个环节偏离预期,甚至导出与原命题不同的结论。这个反复出现的现象,终于让罗巴切夫斯基意识到,问题可能不在证明技巧,而在于第五公设本身未必是必然真理。
1792年,罗巴切夫斯基出生于俄国下诺夫哥罗德省的马卡里耶夫,幼年丧父,家庭生活并不宽裕。凭借优异成绩,他进入喀山大学学习,后来长期留校任教,先后担任教授、图书馆馆长和校长。
他不是只会在纸上推公式的学者。任校长期间,学校建设遇到经费和设计问题,他还亲自研究建筑,参与规划校舍。有人评价他办事过于认真,他却有自己的说法:“要么亲自去做,要么先把它弄明白。”这份习惯,也影响了他研究几何的方式。
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1815年前后,罗巴切夫斯基开始系统研究第五公设。他曾沿用前人的道路寻找证明,但屡屡失败。转折发生在他改变了问题:不再强行证明第五公设,而是假定它不成立,再观察由此建立的几何体系是否会产生矛盾。
这个思路相当大胆。若否定第五公设后,推理必然出现自相矛盾,那么原公设就可能不可动摇;但如果新的体系内部依然严密,便说明几何学不只有一种可能。
罗巴切夫斯基推演出的结果,恰恰没有崩溃。在他的几何中,过直线外一点,可以作出不止一条与原直线不相交的直线。按照欧几里得几何,这显然无法接受;在他建立的新体系里,却能够进行连续推理。
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他把这种几何称为“想象几何”,后来人们将其归入“非欧几何”。这里的“想象”并非虚构,而是指它不以欧几里得第五公设为基础。
宣读论文时,他大概期待着讨论。会后,他诚恳地问:“如果这个体系没有矛盾,为什么不能继续研究?”然而,回应他的不是认真检验,而是冷淡与嘲讽。学术委员会组织审查,论文遭到否定,连支持性的意见也没有出现。
1832年,论文被送交彼得堡科学院评审。著名数学家奥斯特罗格拉茨基给出的评价十分严厉,认为文章晦涩难懂,错误很多。罗巴切夫斯基苦心构建的理论,再次被挡在主流数学之外。
更沉重的打击来自沉默。高斯早已独立思考过类似问题,却没有公开支持罗巴切夫斯基。对于一个尚未被广泛理解的新理论而言,权威人物的沉默,往往比直接批评更令人孤立。
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罗巴切夫斯基并未停止写作。1829年,他发表关于几何学原理的论文,继续完善自己的体系。晚年患病、视力衰退,他仍通过口述完成研究。1856年2月24日,他在喀山去世,直到离世也没有等到主流学界的认可。
变化发生在他死后。1868年,意大利数学家贝尔特拉米发表《非欧几何解释的尝试》,用具有负曲率的曲面建立了非欧几何的具体模型。这个模型表明,罗巴切夫斯基的几何并非语言游戏,而是能够被严格表达、计算和解释的数学体系。
争论了两千多年的第五公设,终于被重新放回它应有的位置:它不是所有几何学都必须服从的铁律,而是欧几里得几何成立所依赖的特殊条件。罗巴切夫斯基没有推翻几何学,他只是证明了,几何学可以拥有不止一种面貌。
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