《大话物理——旅行到时与光的尽头》
第38节

作者: 一朵熊ss
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  日期:2015-01-03 10:28:42
  属于星星的几何学
  下面,让我们跟随两位勇敢的先行者,借助两个神奇的三角形,钻入违反常理的非欧乐园吧。结识几何学之初,相信每个人都从欧几里得那本比《启示录》还要古老的典籍中读到过一条真理:“三角形的内角之和等于180°”。在任何平铺的白纸上,无论画出多少直角、锐角、钝角三角形,测量其内角之和必定不多不少恰好等于180°;还可以把纸卷起来,弯成粗筒、细筒、三角锥……一切你能够开发的奇形怪状,画在纸面的三角形并不会“掉”下来,也就是说,各内角之和依然保持180°。

  但世上的纸,可不一定都是平展的。把一个皮球剪开剖成两半,取其中任意一块,不论你怎样拉扯半球的外表面都不可能紧紧与桌面相贴合——中间总是要凸起一部分。再把一游泳圈拿来,这回需要动三刀:两刀截下其中一段,再沿其外圈剪开,你将得到一张马鞍形的皮膜,把它放到桌面上,不论怎样按压——两端总是高高翘起。在这些特殊的面上画三角形,结果会怎样呢?
  图1为球体表面的三角形,与平面上的哥们儿比起来,它长胖了。此时,若测量其内角之和,你将得到一大于180°的数值!不信?脚下就有个生动的例证:站在地球南极极点,沿着经线往北走1千米,转身朝西走1千米,再次转身,沿着另一根经线往南走1千米,低头一看——你又回到了南极点上。三条路线首尾相连,构成一闭合图形:“胖三角”,而你从南往西再由西向北,每个转角都是方方正正的90°,加起来刚好180°,剩下那个夹角不论多大,添上去都妥妥地超越了180°。再看图3,马鞍表面的三角形则显得有些瘦弱,经过测算可知:其内角之和小于180°。

  是什么因素在操纵着三角形的三个角呢?当你把平展的白纸换做高凸的球面或扭曲的马鞍时,究竟改变了什么?
  就在罗巴切夫斯基向世人敞开非欧几何花园的同年,普鲁士汉诺威城附近一个偏僻的小村庄里,清苦的路德会牧师家庭迎来了他们的第二个孩子:伯恩哈德?黎曼(Bernhard Riemann)。这个性格腼腆的男孩早在六岁时就已显露出超凡的数学天分,能够解答大人们给出的任何算数题,甚至还自个儿创造出一些比专业教师所掌握的更好的算法。十九岁时,黎曼跨入学术圣殿哥廷根,为了子承父业他原本打算攻读神学,但却不知不觉被学校开设的数学课程给吸引住了;小心翼翼地征得父亲的同意后,黎曼转入柏林大学,不想却被卷入一场政治动乱,曾充当“学生军”一连十六小时守护在皇宫外保卫国王……

  1849年,声名如日中天的高斯已渐入晚年,看来他是铁了心要把自己神游非欧城堡的小秘密独自带入坟墓了,可历史就像一个爱捉弄人的精灵,偏偏不愿放过逃避使命的人。当二十二岁的黎曼几经周折重新回到算符乐园,他毫不犹豫地选择了心仪已久的“数学魔法师”高斯作为自己攻读博士学位的导师。此后的五年间,黎曼自由驰骋于思维王国,在数学分析、函数论、偏微分等方面做出许多开创性的工作;他的ζ函数引发起众高手在数之汪洋中探求质数分布规律的新一轮狂潮,从1851年问世之日起到1900年希尔伯特在那举世瞩目的数学年会上把其收编为亟待解决的“23大难题”再到今日,人类又跨入一个全新的世纪,这一命题仍是数学皇后——数论——皇冠上最耀眼的宝石,吸引着世上最聪明的头脑前去摘取……但当时全欧洲可供学者谋生的职位少之又少,即便哥廷根这样的顶尖学府,老教授的位置不空缺,年轻一辈成绩再出色也安插不进来;直到1854年,黎曼才好不容易争取到一个没有工资、但可由学生们付钱聘请他教课的教师岗位,他立即全情投入地开始准备任职资格报告。

  按照校方要求,他必须向系里提交三篇尚未发表的论文,每篇所涉及的领域还得各不相同。黎曼将第一、第二论题都选在自己驾轻就熟的领地,但第三个命题——几何——对他来说却是一片相对陌生的新天地。最终的入职演讲只需从三论题中任选其一,一般来说,学院的诸位大师也明白术业各有专攻的道理,不太会为难这些将来的接班人,都倾向于考察他们排在前面的论题。但这一次,导师高斯也许是觉得眼前这位年轻人的才气非同一般,玉璞须得精心雕琢才能终成大器;也或许是因为自己在一片漆黑中曾被第五公设折磨了几十年,憋闷在心,他鬼使神差地指定黎曼必须以第三论题接受每一位受邀学者的考问。

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