影响了整个世界的新几何学

作者: Judith Grabiner

来源: 微信公众号环球科学ScientificAmerican

发布日期: 2016-06-29 09:09:01

本文探讨了新几何学如何不仅改变了数学和物理学,还延伸到哲学、文化、艺术和建筑领域。文章详细描述了欧几里德几何的局限性,以及非欧几何的革命性发现如何影响人类的思维方式和感知。此外,文章还讨论了新几何学对艺术和建筑的影响,以及它在不同文化中的应用。

它不仅改变了数学和物理学,也延伸到哲学、文化、艺术和建筑领域。

起源于古希腊的几何学理念在两千多年以来一直贯穿在人类的思想中,不管是科学还是哲学,甚至政治和艺术都是几何学思想的结晶。但是,19世纪初,几何学却经历了一场革命:人们发现,空间不一定非得是古希腊数学家欧几里德描述的那样,还可以有完全不同的几何学。在本文中,我们就将看到这一革命性的认识是如何影响哲学、科学、文化和艺术的。

欧几里德的世界

让我们先做一个实验吧:想象一个平面,上面有一条直线L和一个不在L上的点P。平面上有多少条线平行于直线L并经过点P?如果你的答案是“显然只有一条”,那么你的直觉就是欧几里德式的。欧几里德也相信经过直线外一点只可能有一条直线与已知直线平行。但是如果你考虑在一个不是平面的表面上的线呢?事实证明,双曲抛物面上也可以形成一个完全合理、自洽的几何空间。

原来空间可以不必符合欧几里得的描述(以及我们的直觉感知)——这种认识对于19世纪的数学家和思想家来说实在是太革命性了。

空间的哲学

一旦你开始考虑空间的性质,你不可避免地会遇到这个问题:空间到底是什么?它是一种东西吗?它是一种物质吗?甚至,它是真实存在的吗?哲学家康德说空间存在于我们心中:我们在构建一个几何结构时,重要的不是画在纸上的图形,而是我们在思维空间中所看到的它们。但是,物理学家亥姆霍兹却认为,非欧空间和欧式空间一样真实。例如,我们都见过凸面镜(汽车的后视镜就是凸面镜),凸面镜中的镜像就是一个三维非欧空间。

空间的心理学

早在非欧几何诞生之前,哲学家们,比如贝克莱主教就指出,我们实际上并不能看到距离,我们所看到的只是视角,再用这一实际看到的角度来推断事物的几何性质。非欧几何被发明以来,心理学家考虑了很多类似的情况。亥姆霍兹就做了一个实验,他让黑屋子里的受试者将桌子上的小光点排列成两条渐行渐远的平行线,发现用这些光点排出的线在观察者看来并不平行,而是发生了弯曲。亥姆霍兹因此认为,视觉空间是非欧的。

文化、艺术和建筑对空间主题特别感兴趣的一个思想家是西班牙的奥特加·伊·加塞特。奥特加用新的几何观来反对地方主义——他认为,正如欧几里得几何只是多种几何中的一种,无法外推到整个宇宙一样,假设我们自己的经验或价值观是普世的也是毫无根据的。新的几何促进了艺术自由,激发了多种多样作品的诞生。

只举一个例子,看这幅胡安·格里斯1912年画的巴勃罗·毕加索的肖像,它正是奥特加所说的“从所有角度来看现实”的真实写照。艺术家受新几何的影响,并援引它的权威为自己所用,将它作为自觉的现代艺术创作的一部分,帮助我们看到了一个不同的世界。

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