综述
平行线的概念相信每个人都能用自己的语言说个大概,毕竟上学的时候都学过。但是你知道吗,在天才的眼里,平行线打破了我们的认知,甚至能够相交。
如此大胆的想法不止是你我这类凡人难以理解,在天才所处的年代也是惊世骇俗。但是随着时间的推移,他的想法终究被证明了。这个天才就是我们今天故事的主角,罗巴切夫斯基。
天才少年的诞生
罗巴切夫斯基的诞生和家世一直都是一个谜。他的故事始于1792年12月1日,地点是俄罗斯的下诺夫哥罗德,他的父亲是伊万·洛巴切夫斯基,一位从事土地测量的职员,而母亲则是普拉斯科维娅·洛巴切夫斯卡娅,拥有着波兰血统。
然而,还有一种说法认为,罗巴切夫斯基的生身父亲实际上是谢巴尔申,一位毕业于莫斯科大学的测量师,与罗巴切夫斯基的母亲有着私密的情感纠葛。
罗巴切夫斯基从小展现出对数学的出色天赋和浓厚兴趣,凭借出色的成绩,他在毕业后,顺利进入喀山大学深造。
在喀山大学,罗巴切夫斯基深受德国数学家马丁·巴特尔斯教授的启发,后者曾是高斯的朋友和导师。巴特尔斯对数学有广博的了解,他向罗巴切夫斯基介绍了欧几里得几何的基本原理和公理,以及尝试证明平行公设的一些方法。
1811年,罗巴切夫斯基获得了物理和数学的硕士学位。随后,他在1814年成为喀山大学的讲师,在1822年,他荣升为正教授,并担任图书馆委员会的主席。在此期间,他一直对数学保持着高度的热情,并进行着自己的研究。
天才的惊人想法
在欧几里得几何领域,存在一条关键公理:在一个平面上,过一点不在一条直线上,只能作出一条与这条直线平行的直线。这就是著名的平行公设,是欧几里得几何的基石之一。
然而,罗巴切夫斯基对这个公理提出了质疑,他认为这个公理并不显然,也不是绝对必然的,应当存在一些特殊情况可以证伪。他开始尝试建立一种不依赖于平行公设的几何体系,也就是双曲几何,其中平行线可以相交于无穷远处。
那么,平行线到底是什么呢?在欧几里得几何中,平行线是指永远不相交的两条直线,它们在任何位置都保持相同的距离。
而在双曲几何中,平行线的定义有所不同,它们是指在同一个方向上不相交的两条直线,它们在一侧趋近于相交,而在另一侧则逐渐远离。罗巴切夫斯基的研究引领我们重新思考了平行的概念,使得数学世界拥有了更为广阔的几何观念。
为了更好地阐述这一概念,我们可以借助一个马鞍形状的曲面来模拟双曲平面,这个曲面被数学家称为双曲抛物面。它是一种具有负曲率的曲面,也就是说,在其每一点都是凹陷的,就像一个马鞍一样。
在这个曲面上绘制一些直线,我们会观察到一些有趣的现象。有些直线是不相交的,但它们并非平行,因为在一侧它们逐渐靠近,而在另一侧则逐渐分离,这些直线被称为超平行线。
还有些直线是相交但不垂直,这些直线被称为超垂直线。另外,有些直线是平行的,但并不会保持等距,它们在双曲平面的一侧无限接近,而在另一侧无限远离,这些直线被称为极限平行线。
在双曲几何中,通过一点不在一条直线上,我们能够作出无数条与这条直线平行的直线。这些直线都是极限平行线,它们在同一个方向上不相交,但在另一个方向上却相交于无穷远处。
这是罗巴切夫斯基提出的平行线可以相交的理论,与欧几里得几何的平行公设有着本质的不同。这种理论在19世纪初是一项颠覆性的发现,然而当时数学界对此进行了嘲笑和排斥。
迟来的证明
尽管罗巴切夫斯基提出了双曲几何的理论,但他未能证明其一致性,也就是说,他未能证明双曲几何不会导致矛盾或悖论。他也未能找到一个合适的模型,即找不到一个可以用双曲几何描述的实际对象或结构。
在当时,罗巴切夫斯基的理论遭到了数学界的冷漠和否定。他的同行们认为他的理论是荒谬的,甚至是疯狂的。
他的论文在俄国和德国都没有引起太多关注,他的著作也没有广泛传播。这对他的声誉和地位造成了很大影响,他在1846年被迫辞去了喀山大学的校长职务,并于1851年失去了教授头衔。
罗巴切夫斯基于1856年离世,他的理论仍未得到广泛认可和肯定。然而,他在墓碑上刻下了一句气定神闲的名言:“没有人能够抹去我的发现。”
这也让人对他对双曲几何的贡献心生敬意,尽管他在生前未能亲眼见证其理论的普及和接受。然而,罗巴切夫斯基的理论并未随着他的离世而湮灭,相反,在他去世后的数十年间,其他数学家证明了这一理论的正确性和重要性。
首先,罗巴切夫斯基的理论得到了高斯的支持。1846年,高斯收到了罗巴切夫斯基的著作。尽管他没有及时回信,但在他于1855年去世后,人们发现了一封他赞赏罗巴切夫斯基理论的信,这成为对该理论的重要支持。
其次,波耶也独立提出了与罗巴切夫斯基相同的双曲几何理论。波耶是一位匈牙利数学家,他的父亲曾是高斯的学生,于1832年独立提出了双曲几何的理论。
波耶的论文发表在1832年的一本匈牙利杂志上,但并未引起广泛关注。直到1856年,高斯的学生施韦克尔特将波耶的论文翻译成德文,使更多数学家了解到双曲几何的存在。这一系列的发现逐渐为罗巴切夫斯基的理论赢得了广泛认可。
最终,罗巴切夫斯基的理论得到了贝尔特拉米的证明,贝尔特拉米是一位意大利数学家。他在1868年提出了两个双曲几何的模型,一个是基于圆盘的几何,被称为贝尔特拉米圆盘模型,另一个是基于球面的几何,称为贝尔特拉米伪球面模型。
这两个模型可以用欧几里得几何的方法来描述,但它们的性质符合双曲几何的公理,从而证明了双曲几何的一致性,也就是说,它不会导致矛盾或悖论。贝尔特拉米的模型为双曲几何提供了直观的图像,使人们更容易理解和接受这一理论。
结语
这些数学家的为罗巴切夫斯基证实了他的理论。双曲的理论对爱因斯坦的相对论和其他科学领域也产生了深远影响。他的理论为人们提供了对几何学的新视角和认识,同时让人们感受到数学的美妙和奥秘。
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