你可以做出這樣一條直線:過(guò)直線外一點(diǎn),與已知直線平行的直線(平行公設(shè))。但是你能想象存在這樣一個(gè)空間,沒(méi)有這樣的“平行”于已知直線的直線嗎?或者想象出存在兩條這樣直線的空間嗎? 歐幾里得編著的《幾何原本》描繪了過(guò)直線外一點(diǎn)僅有一條平行線(平行公設(shè))的空間,也是我們?cè)诔醺咧袑W(xué)習(xí)的空間。《幾何原本》以五條公設(shè)(適用于一切科學(xué)的真理)和五條公理(應(yīng)用于幾何的真理)為地基,借助嚴(yán)密的邏輯推理構(gòu)建出一座結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、宏偉壯觀的摩天大廈。首先,歐幾里得使用公理和公設(shè)推出初級(jí)的定理,再用初級(jí)定理和公理、公設(shè)推出更高級(jí)的定理,再推出更更高級(jí)的定理……如此,一步一步帶領(lǐng)無(wú)數(shù)人走向幾何的圣殿。前四條公設(shè)都非常簡(jiǎn)潔優(yōu)雅,比如從任意一點(diǎn)到任意一點(diǎn)做直線是可能的(第一公設(shè))。第五公設(shè)(平行公設(shè))看起來(lái)并不是那么的顯然,所以歐幾里得在前28個(gè)命題的證明里都避免使用它。(幾何原本中有上百個(gè)命題,按照順序排列,最前面的等級(jí)低一些,前28個(gè)只用四個(gè)公設(shè)就可以證明。)更為可靠的做法是,像證明定理那樣證明第五公設(shè)。然而,他沒(méi)有找到證明,于是就直接接納了。
第五公設(shè)讓數(shù)學(xué)家們?nèi)珲喸诤?。不幸的是,許多數(shù)學(xué)家在證明第五公設(shè)的道路上折戟沉沙。其中一個(gè)思路是:將第五公設(shè)的反面作為新的第五公設(shè)開(kāi)始推演幾何學(xué)。如果得到矛盾則第五公設(shè)的反面不靠譜,即第五公設(shè)是正確的。但是數(shù)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有矛盾存在,最終接受了它,并形成了全新的幾何。雙曲幾何中存在兩條過(guò)直線外一點(diǎn),與已知直線平行的直線。橢圓幾何中不存在這樣的直線。
橢圓幾何視覺(jué)化后,“點(diǎn)”是由球的一條直徑的兩個(gè)端點(diǎn)組成?!熬€”是球上以球心為中心的大圓。而在歐幾里得的《幾何原本》中,定義點(diǎn)是“沒(méi)有部分的那種東西”,線是“沒(méi)有寬度的長(zhǎng)度”。它如此符合目之所見(jiàn),以至于人們將它奉為圭臬,排斥一切與它不一樣的東西。在構(gòu)建歐幾里得幾何體系的時(shí)候,我們想當(dāng)然地將“點(diǎn)”“線”與現(xiàn)實(shí)中的“圓點(diǎn)”“直線”聯(lián)系起來(lái),而忽略了在符號(hào)系統(tǒng)中它們僅僅只是符號(hào)而已。
實(shí)際上,如果將歐幾里得幾何中的詞語(yǔ)“點(diǎn)”全部替換成“魔鬼”,“線”全部替換成“國(guó)王”,我們?nèi)匀荒軌虻玫皆瓉?lái)的那個(gè)體系,邏輯推理絲毫沒(méi)有受到影響。只不過(guò)我們的想象受到了嚴(yán)重的阻礙。我們會(huì)疑惑“魔鬼”是什么?命題“在給定的國(guó)王上做一等邊三角形”是什么意思?為了讓自己的大腦能夠思考,我們將“魔鬼”賦予“點(diǎn)”——那種“沒(méi)有部分的東西”的意義,而徹底放棄思考它是否還有其他的意義。這導(dǎo)致了發(fā)現(xiàn)非歐幾何是一個(gè)痛苦的過(guò)程,因?yàn)樽铋_(kāi)始定義的東西并不一定是我們看到的東西。
(本欄長(zhǎng)期征集“日知錄”三字篆刻,投稿郵箱:rizhilu999@163.com)