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第8章 阳光下的数学(5)

另一路进军者

在高斯发现非欧几何的同时,匈牙利数学家亚诺什·波耶也几乎同时发现了非欧几何,并勇敢地把它公诸于世。

且说1820年的一天,在维也纳工程学院读书的一个青年小伙子收到了一封家信,父亲在信中说:“你必须像痛恶淫荡的社交一样痛恶它。它能剥夺你的所有的闲暇,你的健康,你的休息,以及一生的所有快乐。这个无底的黑暗或许可以吞吃掉一千个灯塔样的牛顿,而在大地上将仍不会有光明。”

痛恶什么?竟如此严重!

这是一封父亲亚诺什·法卡什写给儿子亚诺针·波耶的信,严厉告诫儿子放弃对欧氏几何第5公设的证明。

法卡什之所以对第5公设的证明深恶痛绝,是由他亲身体验总结出来的。

法卡什有一肚子的苦水。

法卡什早年在数学上很有造就,对第5公设之谜也产生了浓厚的兴趣,在1796年有幸去德国游学,在哥廷根结识了数学之王高斯,共同的志趣使两人很快成为关系密切的挚友,从此不断地进行书信往来,研讨学术问题。

不过,高斯和法卡什研究第5公设有所不同。高斯认为第5公设不可证明,并发现了非欧几何。而法卡什始终认为第5公设是可以证明的,因此注定要失败。

法卡什在第5公设的研究中,耗费了大半生时间,始终没有在数学上取得重大成就,只能在一个小城中学当一个普通的数学教师。

法卡什回想自己的一生,虽然耗费了大量的时间和精力,却得不出任何结果,断送了光辉的前程,就连数学之王高斯在第5公设的研究中,也没有发表任何成果。

前人的失败,自己的教训,使法卡什对这个数学之谜深恶痛绝。当得知儿子步人后尘时,做父亲的怎能不苦心相劝呢?

大家不禁要问,波耶是怎样对第5公设产生兴趣的呢?他听从父亲的劝告了吗?

波耶于1802年出生在匈牙利的柯罗日瓦尔,在父亲的影响下,从小喜欢数学。波耶中学毕业后,在父亲的指导下,已掌握了高等数学的基础知识。

这时,法卡什想把儿子送到高斯手下深造,未能实现。

1820年,波耶以优异成绩考入维也纳皇家工程学院,但对数学仍然抱有特殊的偏好。

就在这一年,波耶开始试证第5公设,并征求父亲意见。法卡什知道后,多次写信劝告:“老天啊,希望你放弃这个问题……”“希望你不要再尝试了……我熟知一切方法都到尽头了;并且我在这里埋没了人生的一切亮光,一切快乐。”

波耶不听父亲的劝告,没有被父亲的悲观言论所吓倒,执意研究第5公设。

1822年,波耶从维也纳工程学院毕业后,因成绩优秀,被留校进行特种军事工程研究,一年后,被征到军队服役,成为一名勇敢的军官。

从工程学院的学习,到后来的军旅生活,波耶一直把全部业余时间用于第5公设的研究上。在研究过程中,他广泛吸取前人的研究成果,力图证明第5公设。

经过几年的苦心研究,波耶终于证明第5公设在欧氏几何理论中是一个独立的公设,企图用欧氏几何的其他公设来证明第5公设是不可能的,从而解决了这一数学难题。

1823年,波耶写成论文《空间的绝对几何学》,阐述这一发现。他在写给父亲的信中说:“我坚决地决定出版自己的关于平行线的著作,只要情况一旦允许我把资料整理就绪。现在我还没有达到目的,但是我已获得这样可注目的一些结果;如果这些遭受摧残的话,那真是太可惜啦。”

法卡什不相信21岁的儿子会超过自己,更不相信儿子能在平行线理论上有什么作为。

波耶在证明第5公设不可证明后,由此引出一条相反的定理:过直线外一点,可引无穷多条平行线。从这一定理出发,波耶又推出了一系列新的定理,从而形成了一个严密而完整的新的几何系统,创立了非欧几何。

当高斯发现非欧几何时,由于害怕遭到传统势力的围攻,而不敢发表,把它锁在书柜里。但年轻的波耶勇敢地向传统观念挑战,决心把自己的见解公布于众。

1825年,波耶在完成了他的非欧几何学后,亲自回到柯罗日瓦尔,向父亲详细介绍自己的研究过程和结果,并请求帮助把自己的论文《一种包含绝对真实的空间科学》出版。

法卡什已失去了探索和创新的勇气,在传统观念的束缚下,对波耶非凡的工作抱着不以为然的态度,拒绝了儿子的要求。

波耶对父亲感到失望,便向维也纳工程学院的老师求援。1826年,他把非欧几何学的德文抄本,寄给艾克维尔数学教授。不幸的是,这个抄本被遗失了。

波耶毫无办法,只好再去求父亲。在多次请求后,法卡什才勉强同意把波耶的论文以附录的形式,出版在他自己正在写的《试论数学定理》这一著作中。

法卡什似乎看到波耶发现了什么新东西,但无法评价。从小就崇拜高斯的波耶,请父亲把自己的论文寄给高斯,希望能得到这位数学权威的评价。

1831年6月,法卡什写了一封信连同儿子的论文一起寄给了高斯。

信件向哥廷根飞去,也带走了波耶的心。他多么希望得到高斯的支持啊!

波耶急切地盼望高斯的回信,满怀信心地认为,对数学无所不知的高斯一定能理解和赞赏自己的研究工作。

1832年3月,高斯终于回信信了。

高斯在信中说:“……称赞他等于称赞我自己,因为这研究的一切内容,你的儿子所采用的方法和他所得到的一切结果,几乎全部和我的一部分在35年前已开始的个人沉思相符合。……关于我自己的著作,虽只有一小部分已经写好,但我的目标本来是一生里不愿意发表的,大多数人对于那里所讨论的问题都抱着不正确的态度。”

他又说:“使我快乐地感到惊奇的是现在可以免去这劳力的耗费,并且特别高兴的,在我面前有这样惊异姿态的正是老友的儿子。”

从这封信的内容来看,高斯肯定了波耶的研究成果,但也不能过分称赞,那样等于自夸,之所以不愿意发表自己的成果,是为了回避传统势力的围攻。

波耶对高斯模棱两可的回信很失望,同时为和高斯的想法相符合而感到欣慰,更加坚信自己的理论是正确的,期待着尽快得到科学界的承认。

由于学术上的分歧,法卡什只给很小的篇幅附印儿子的论文。经过一再压缩,波耶的论文和他父亲的著作终于在1832年出版了。

罗巴切夫斯基的非欧几何

然而俄国数学家罗巴切夫斯基的非欧几何论文,已经在这之前发表了。

就在波耶论文发表的这一年,俄国数学家罗巴切夫斯基因为车祸,几乎成了一个半残废,第二年从军队退役,回到老家。

在这以后,波耶一直过着穷困潦倒的生活。就是在这样艰难困苦的生活中,他仍然从事非欧几何的研究。

1860年,波耶逝世。他的非欧几何没有得到世人的承认。

就在波耶潜心研究第5公设,并发现非欧几何时,比他大10岁的俄国数学家罗巴切夫斯基也大体同时发现了非欧几何。

罗巴切夫斯基于1792年出生在俄国的下诺夫哥罗德,就是现在的高尔基市。他3岁丧父,由善良的母亲把他一手拉扯长大。

由于家境贫寒,生活都难以维持,母亲照样无法把儿子送去读书,后来在政府的救济下,罗巴切夫斯基才转为公费上学。

1808年,罗巴切夫斯基进入喀山大学学习。他更加发奋读书,努力学习。

他的思想活跃,具有生动活泼的气质,敢于主持正义,见义勇为,并且关心他人,助人为乐。

罗巴切夫斯基有坚强的意志,惊人的毅力,能勤奋地学习,不断地探索,又有良好的学习方法,因此他的各门功课都是优秀,特别是他的数学才能和独创精神赢得了全校师生的赞扬,为他后来攀登数学高峰奠定了坚实的基础。

1811年,罗巴切夫斯基大学毕业,因成绩突出而留在喀山大学任教。由于他在数学上的成就,22岁时就当了喀山大学的副教授,24岁晋升为教授。

罗巴切夫斯基在1816年出任教授后,也加入了试证第5公设的行列,通过几年的努力,他失败了。但是,在失败中,罗巴切夫斯基对第5公设产生了怀疑,并进一步认识到第5公设是不可证明的。

在第5公设不可证明的思想基础上,罗巴切夫斯基开始探索一种新的几何学体系。1823年,他在一份教学提纲中提出建立新几何体系的可能性,并把它上交给校方。

校长马格尼斯基认为,罗马切夫斯基的设想是狂妄的,彼得堡科学院认为他的学说是邪说。

在困难和挫折面前,罗巴切夫斯基没有像其他数学家那样失败后就放弃了对第5公设的研究,他的最大特点是对于大家难以解决的问题敢于提出新见解,敢于碰硬,敢于创新,勇往直前。

罗巴切夫斯基对新的几何学体系进行不断的理论探索。他提出一个与第5公设相反的假设:过直线外一点至少可以作两条直线和已知道线不相交。

这是一个与第5公设相矛盾的假设,按照这一假设应当推出与欧氏几何相矛盾的结果。但是并没有引出矛盾,而是推出了一个新的几何传统,逻辑严密。罗巴切夫斯基把这种抽象的新的几何系统最初称为“抽象几何学”。

1826年2月11日,罗巴切夫斯基在喀山大学的一学术会议上,宣读了他的不朽论文——《几何原理的扼要简释及平行线定理的一个严格证明》。

在这篇论文里,罗巴切夫斯基提出了“过直线外一点至少可以作两条直线和已知直线不相交”的“罗氏公设”,与欧氏几何中前四条公设相结合,推出了逻辑上毫无矛盾的非欧几何,或叫双曲几何。

罗巴切夫斯基宣读论文的这一天,后来被定为非欧几何学的诞生日。

但在当时,参加学术会议的委员们根本不相信罗巴切夫斯基的学说,否定它的价值,《喀山大学学报》也拒绝发表。

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