非欧几何的来源
几何的那几条公理,对于那五条一般性公理,大家都没有疑问,对于几何公理的前四条,大家也都没有疑问,但是对于第五条,也就是“过直线外的一个点,可以做一条,而且仅可以做一条该直线的平行线。至于平行线,就是平面上永不相交的两条线。”这时就有人犯嘀咕了,会不会经过直线外的一点,能够做出很多条平行线,或者干脆一条也做不出来呢?
当然,我们根据直觉会觉得,欧几里得的想法是对的,因为在现实生活中,我们对任意直线和线外的一点,不可能做不出一条平行线,更不可能做出两条来。但是,由于这个公理本身是无法验证的,又不算很直观,因此对它作其它的假设或许也有道理。
在数学史上,有两个人就把几何学中的第五公理改了,然后依照逻辑,各自创立出一整套能够自洽的新的几何体系。
第一个人叫做罗巴切夫斯基,他假定过直线外一个点,能够做该直线的任意多个平行线。如果我们承认他所作出的这个假设,并且应用由此而来的全部结论,那么空间就由我们平时熟悉的方方正正的形状,变成了马鞍形,也称为双曲面。
在这样的空间里,三角形的三个角加起来就小于180度了。此外,很多欧几里得几何的结论在这个新的体系中都要修改,但需要指出的是,这个新的几何学体系本身是自洽的。今天它就以发明者罗巴切夫斯基的名字命名了,当然中国人为了简单起见,就称呼它为罗氏几何,类似的,欧几里得几何也被称为欧氏几何。
第二个改变第五公理的人是著名数学家黎曼,他假定经过直线外任意一个点,一条平行线也做不出来,这样构建的几何学被称为黎曼几何。在黎曼几何中,空间被扭曲成椭圆球的形状。这个空间每一个切面是椭圆,因此它也被称为椭球空间。如果你在上面画一个三角形,它的三个角加起来大于180度。
这个结论你其实在地球上很容易证实:你从北极出发往正南走100米,再往正西走100米,最后往正北走100米,你又回到了出发的原点,也就是北极点。你走过的这个三角形,三个角之和为270度。