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羅巴切夫斯基創立非歐幾何的艱難歷程
送交者: fudanf 2002年06月01日16:31:48 於 [教育學術] 發送悄悄話

1893年,在喀山大學樹立起世界上第一個數學家的塑像。這位數學家就是俄國的偉
大學者、非歐幾何的創始人之一羅巴切夫期基(H.N.JIoqaheBCKNN,1792-1856)。非歐
幾何是人類認識史上一個富有創造性的偉大成果,它的創立,不僅帶來了近百年來數學
的巨大進步,而且對現代物理學、天文學以及人類時空觀念的變革都產生了深遠的影響
。可是,這一重要的數學發現在羅巴切夫斯基提出後相當長的段時間內,不但沒能贏得
社會的承認和讚美,反而遭到種種歪曲、非難和攻擊,使非歐幾何這一新理論遲遲得不
到學術界的公認。  

失敗的啟迪

羅巴切夫斯基是在嘗試解決歐氏第五公設問題的過程中,從失敗走上他的發現之路
的。歐氏第五公設問題是數學史上最古老的著名難題之一。它是由古希臘學者最先提出
來的。公元前3世紀,希臘亞歷山大里亞學派的創始者歐幾里得(Euclid,約公元前330
年-前275)集前人幾何研究之大成,編寫了數學發展史上具有極其深遠影響的數學巨著
《幾何原本》。這部著作的重要意義在於,它是用公理法建立科學理論體系的最早典範
。在這部著作中,歐幾里得為推演出幾何學的所有命題,一開頭就給出了五個公理(適
用於所有科學)和五個公設(只應用於幾何學),作為邏輯推演的前提。《幾何原本》
的注釋者和評述者們對五個公理和前四個公設都是很滿意,唯獨對第五個公設(即平行
公理)提出了質疑。

第五公設是論及平行線的,它說的是:如果一直線和兩直線相交,所構成的兩個同
側內角之和小於兩直角,那麼,把這兩直線延長,它們一定在那兩內角的側相交。數學
家們並不懷疑這個命題的真實性,而是認為它無論在語句還是在內容上都不大像是個公
設,而倒像是個可證的定理,只是由於歐幾里得沒能找到它的證明,才不得不把它放在
公設之列。

為給出第五公設的證明,完成歐幾里得沒能完成的工作,自公元前3世紀起到19世紀
初,數學家們投入了無窮無盡的精力,他們幾乎嘗試了各種可能的方法,但都遭到了失
敗。羅巴切夫斯基是從1815年着手研究平行線理論的。開始,他也是循着前人的思路,
試圖給出第五公設的證明。在保存下來的他的學生聽課筆記中,就記有他在1816--1817
學年度向何教學中給出的幾個證明。可是,很快他便意識到自己的證明是錯誤的。前人
和自己的失敗從反面啟迪了他,使他大膽思索問題的相反提法:可能根本就不存在第五
公設的證明。於是,他便調轉思路,着手尋求第五公設不可證的解答,這是一個全新的
,也是與傳統思路完全相反的探索途徑。羅巴切夫斯基正是沿着這個途徑,在試證第五
公設不可證的過程上發現一個新的幾何世界的。

那麼,羅巴切夫斯基是怎樣證得第五公設不可證的呢?又是怎樣從中發現新幾何世
界的呢?原來他創造性地運用了處理複雜數學問題常用的一種邏輯方法--反證法。

這種反證法的基本思想是,為證“第五公設不可證”,首先對第五公設加以否定,
然後用這個否定命題和其它公理公設組成新的公理系統,並由此展開邏輯推演。假設第
五公設是可證的,即第五公設可由其它公理公設推演出來,那麼,在新公理系統的推演
過程中一定能出現邏輯矛盾,至少第五公設和它的否定命題就是一對邏輯矛盾;反之,
如果推演不出矛盾,就反駁了“第五公設可證”這一假設,從而也就間接證得“第五公
設不可證”。

依照這個邏輯思路,羅巴切夫斯基對第五公設的等價命題普列菲爾公理“過平面上
直線外一點,只能引一條直線與已知直線不相交”作以否定,得到否定命題“過平面上
直線外一點,至少可引兩條直線與已知直線不相交”,並用這個否定命題和其它公理公
設組成新的公理系統展開邏輯推演。在推演過程中,他得到一連串古怪的命題,但是,
經過仔細審查,卻沒有發現它們之間含有任何羅輯矛盾。於是,遠見卓識的羅巴切夫斯
基大膽斷言,這個“在結果中並不存在任何矛盾”的新公理系統可構成一種新的幾何,
它的羅輯完整性和嚴密性可以和歐幾里得幾何相媲美。而這個無矛盾的新幾何的存在,
就是對第五公設可證性的反駁,也就是對第五公設不可證性的邏輯證明。由於尚未找到
新幾何在現實界的原型和類比物,羅巴切夫斯基慎重地把這個新幾何稱之為“想象幾何
”。

在冷漠中宣告新幾何誕生  

1826年2月23日,羅巴切夫斯基於喀山大學物理數學系學術會議上宣讀了他的第一篇
關於非歐幾何的論文《幾何學原理及平行線定理嚴格證明的摘要》。這篇首創性論文的
問世,標誌着非歐幾何的誕生。然而,這一重大成果剛一公諸於世,就遭到正統數學家
的冷漠和反對。

參加2月23日學術公議的全是數學造詣較深的專家,其中著名的數學家、天文學家西
蒙諾夫(A.M.CИMOHOB),有後來成為科學院院士的古普費爾(A.R.KYI-Iφep)以及後
來在數學界頗有聲望的博拉斯曼(H.Д.Бp-aшMah)。在這些人的心目中,羅巴切夫斯
基是一位很有才華的青年數學家。可是,出乎他們的意料,這位年輕的教授在簡短的開
場白之後,接着說的全是一些令人莫明其妙的話,諸如三角形的內角和小於兩直角,而
且隨着邊長增大而無限變小,直至趨於零;銳角一邊的垂線可以和另一邊不相交,等等
。這些命題不僅離奇古怪,與歐幾里得幾何相衝突,而且還與人們的日常經驗相背離。
然而,報告者卻認真地、充滿信心地指出,它們屬於一種邏輯嚴謹的新幾何,和歐幾里
得幾何有着同等的存在權利。這些古怪的語言,竟然出自一個頭腦清楚、治學嚴謹的數
家教授之口,不能不使與會者們感到意外。他們先是表現現一種疑惑和驚呆,不多一會
兒,便流露出各種否定的表情。

宣講論文後,羅巴切夫斯基誠懇地請與會者討論,提出修改意見。可是,誰也不肯
作任何公開評論,會場上一片冷漠。一個具有獨創性的重大發現作出了,那些最先聆聽
到發現者本人講述發現內容的同行專家,卻因思想上的守舊,不僅沒能理解這一發現的
重要意義,反而採取了冷談和輕慢的態度,這實在是一件令人遺憾的事情。

會後,系學術委員會委託西蒙諾夫、古普費爾和博拉斯曼組成三人鑑定小組,對羅
巴切夫斯基的論文作出書面鑑定。他們的態度無疑是否定的,但又遲遲不肯寫出書面意
見,以致最後連文稿也給弄丟了。

權威的譏諷與匿名者的攻擊  

羅巴切夫斯基的首創性論文沒能引起學術界的注意和重視,論文本身也似石沉大海
,不知被遺棄何處。但他並沒有因此灰心喪氣,而是頑強地繼續獨自探索新幾何的奧秘
。1829年,他又撰寫出一篇題為《幾何學原理》的論文。這篇論文重現了第一篇論文的
基本思想,並且有所補充和發展。此時,羅巴切夫斯基已被推選為喀山大學校長,可能
出自對校長的“尊敬”,《喀山大學通報》全文發表了這篇論文。

1832年,根據羅巴切夫斯基的請求,喀山大學學術委員會把這篇論文呈送彼得堡科
學院審評。科學院委託著名數學家奧斯特羅格拉茨基院士作評定。奧斯特羅格拉茨基是
新推選的院士,曾在數學物理、數學分析、力學和天體力學等方面有過卓越的成就,在
當時學術界有很高的聲望。可惜的是,就是這樣一位傑出的數學家,也沒能理解羅巴切
夫斯基的新幾何思想,甚至比喀山大學的教授們更加保守。如果說喀山大學的教授們對
羅巴切夫斯基本人還是很“寬容”的話,那麼,奧斯特羅格拉茨基則使用極其挖苦的語
言,對羅巴切夫斯基作了公開的指責和攻擊。同年11月7日,他在給科學院的鑑定書中
一開頭就以嘲弄的口吻寫道:“看來,作者旨在寫出一部使人不能理解的著作。他達到
自己的目的。”接着,對羅巴切夫斯基的新幾何思想進行了歪曲和貶低。最後粗暴地斷
言:“由此我得出結論,羅馬切夫斯基校長的這部著作謬誤連篇,因而不值得科學院的
注意。”

這篇論文不僅引起了學術界權威的惱怒,而且還激起了社會上反動勢力的敵對叫囂
。名叫布拉切克和捷列內的兩個人,以匿名C.C在《祖國之子》雜誌上撰文,公開指名
對羅巴切夫斯基進行人身攻擊。匿名者在題為《評羅巴切夫斯基的著作《幾何學原理》
一文中,開始就不懷好意地寫道:“甚至難以理解,羅巴切夫斯基先生是如何用數學中
最簡明的幾何學,建立起晦澀的、不可思議和神秘莫測的學說的。”文中嘲弄道:“為
什麼不能把黑的想象成白的,把圓的想象成方的,把三角形內角和想象成小於兩直角,
把同一個定積分值想象成既等於π/4,又等於∞?非常、非常可能,儘管理智是不能理
解這些的。”在文章的結尾處,作者更加放肆地譏諷道:“為什麼不寫成,例如對幾何
學的諷刺,幾何學漫畫等什麼的,來代替標題《幾何學原理》?”

針對這篇污辱性的匿名文章,羅巴切夫斯基撰寫了一篇反駁文章。但《祖國之子》
雜誌卻以維護雜誌聲譽為由,將羅巴切夫斯基的文章扣壓下來,一直不予發表。對此,
羅巴切夫斯基極為氣憤。

《祖國之子》雜誌刊登攻擊科學家的匿名文章並非偶然,而是有一定的政治背景的
。原來這家雜誌的把持者布爾加林和格列奇同沙皇秘密政治組織“第三廳”有着聯繫,
他們靠“第三廳”的資助維持雜誌,並且充當幫凶,專門監視和打擊先進的思想家和具
有革命傾向的科學家。明顯表現有無神論和唯物主義傾向的喀山大學校長羅巴切夫斯基
,自然要被他們列為危險對象加以監視。借歪曲、詆毀科學新成果,來壓制、打擊具有
進步思想的科學家,是一切反動勢力的慣用伎倆。  

在孤境中奮鬥終生  

羅巴切夫斯基開創了數學的一個新領域,但他的創造性工作在生前始終沒能得到學
術界的重視和承認。就在他去世的前兩年,俄國著名數學家布尼雅可夫斯基還在其所著
的《平行線》一書中對羅巴切夫斯基發難,他試圖通過論述非歐幾何與經驗認識的不一
致性,來否定非歐幾何的真實性。英國著名數學家莫爾甘(Morgan,1806-1871)對非
歐幾何的抗拒心裡表現得就更加明顯了,他甚至在沒有親自研讀非歐幾何著作的情況下
就武斷地說:“我認為,任何時候也不會存在與歐幾里得幾何本質上不同的另外一種幾
何。”莫爾甘的話代表了當時學術界對非歐幾何的普遍態度。

在創立和發展非歐幾何的艱難歷程上,羅巴切夫斯基始終沒能遇到他的公開支持者
,就連非歐幾何的另一位發現者德國的高斯(Gauss,1777-1855)也不肯公開支持他的
工作。高斯是當時數學界首屈一指的數學巨匠,負有“歐洲數學之王”的盛名,早在1
792年,也就是羅巴切夫斯基誕生的那一年,他就已經產生了非歐幾何思想萌芽,到了1
817年已達成熟程度。他把這種新幾何最初稱之為“反歐幾何”。後稱“星空幾何”,最
後稱“非歐幾何”。但是,高斯由於害怕新幾何會激起學術界的不滿和社會的反對,會
由此影響他的尊嚴和榮譽,生前一直沒敢把自己的這一重大發現公之於世,只是謹慎地
把部分成果寫在日記和與朋友的往來書信中。當高斯看到羅巴切夫斯基的德文非歐幾何
著作《平行線理論的幾何研究》(1840年)後,內心是矛盾的,他一方面私下在朋友面
前高度稱讚羅巴切夫斯基是“俄國最卓越的數學家之一”,並下決心學習俄語,以便直
接閱讀羅巴切夫斯基的全部非歐幾何著作;另一方面,卻又不准朋友向外界泄露他對非
歐幾何的有關告白,也從不以任何形式對羅巴切夫斯基的非歐幾何研究工作加以公開評
論。他積極推選羅巴切夫斯基為哥延根皇家科學院通訊院士,可是,在評選會上和他親
筆寫給羅巴切夫斯基的推選通知書中,他對羅巴切夫斯基在數學上的最卓越貢獻--創
立非歐幾何卻避而不談。

高斯憑任在數學界的聲望和影響,完全有可能減少羅巴切夫斯基的壓力,促進學術
界對非歐幾何的公認。然而,在頑固的保守勢力面前他卻喪失了鬥爭的勇氣。高斯的沉
默和軟弱表現,不便嚴重限制了他在非歐幾何研究上所能達到的高度,而且客觀上助長
了保守勢力對羅巴切夫斯基的攻擊。

晚年的羅巴切夫斯基心情更加沉重,他不僅在學術上受到壓制,而且在工作上還受
到限制。按照當時俄國大學委員會的條例,教授任職的最高斯限是30年,依照這個條例
,1846年羅巴切夫斯基向人民教育部提出呈文,請求免去他在數學教研室的工作,並推
薦讓位給他的學生A.Φ.波波夫。人民教育部早就對不順從他們意志辦事的羅巴切夫斯基
抱有成見,但又找不到合適的機會免去他在喀山大學的校長職務。羅巴切夫斯基辭去教
授職務的申請正好被他們用以作為藉口,不僅免去了他主持教研室的工作,而且還違背
他本人的意願,免去了他在喀山大學的所有職務。被迫離開終生熱愛的大學工作,使羅
巴切夫斯基在精神上遭到嚴重打擊。他對人民教育部的這項無理決定,表示了極大的憤
慨。

家庭的不幸格外增加了他的苦惱。他最喜歡的、很有才華的大兒子因患肺結核醫治
無效死去,這使他十分傷感。他的身體也變得越來越多病,眼睛逐漸失明,最後終於什
麼也看不見了。1856年2月12日,偉大的學者羅巴切夫斯基在苦悶和抑鬱中走完了他生命
的最後一段路程。喀山大學師生為他舉行了隆重的追悼會。在追悼會上,他的許多同事
和學生高度讚揚他在建設喀山大學、提高民族教育水平和培養數學人材等方面的卓越功
績,可是誰也不提他的非歐幾何研究工作,因為此時,人們還普遍認為非歐幾何純屬“
無稽之談”。

羅巴切夫斯基為非歐幾何的生存和發展奮鬥了三十多年,他從來沒有動搖過對新幾
何遠大前途的堅定信念。為了擴大非歐幾何的影響,爭取早日取得學術界的承認,除了
用俄文外,他還用法文、德文發現了自己的著作,同時還精心設計了檢驗大尺度空間幾
何特性的天文觀測方案。不僅如此,他還發展了非歐幾何的解析和微分部分,使之成為
一個完整的、有系統的理論體系。在身患重病,臥床不起的困境下,他也沒停止對非歐
幾何的研究。他的最後一部巨著《論幾何學》,就是在他雙目失明,臨去世的前一年,
口授他的學生完成的。

歷史是最公允的,因為它終將會對各種思想、觀點和見解作出正確的評價。1868年
,意大利數學家貝特拉米(Beltrami,1835-1899)發表了一篇著名論文《非歐幾何解
釋的嘗試》,證明非歐幾何可以在歐幾里得空間的曲面(例如擬球曲面)上實現。這就
是說,非歐幾何命題可以“翻譯”成相應的歐幾里得幾何命題,如果歐幾里得幾何沒有
矛盾,非歐幾何也就自然沒有矛盾。人們既然承認歐幾里是沒有矛盾的,所以也就自然
承認非歐幾何沒有矛盾了。直到這時,長期無人問津的非歐幾何才開始獲得學術界的普
遍注意和深入研究,羅巴切夫斯基的獨創性研究也就由此得到學術界的高度評價和一致
讚美,他本人則被人們讚譽為“幾何學中的哥白尼”。


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