默比乌斯(August Ferdinand Möbius,1790-1868),又译作莫比乌斯、贸比乌斯,德国数学家与天文学家,今人知道这个名字,多半由于那个以他命名的拓扑学模型。默比乌斯带不单具有丰富的数学内涵,其造型也见于艺术作品与建筑设计,机械设备与大众游戏中也可觅见它的踪影,而其表面那种周而复始永无边界的特殊性质,成为循环论时间观的一个象征。
默比乌斯生于德国萨克森州的普福尔塔(Pforta),据说他的家族与宗教改革领袖马丁·路德有关,他就读的普福尔塔中学出了许多名人,包括历史学家兰克(Leopold von Ranke,1795-1886)与哲学家尼采(Friedrich Wilhelm Nietzsche,1844-1900)。
成年后的默比乌斯相继在莱比锡大学、哥廷根大学与哈勒大学学习,1815年在数学家普法夫(Johann Friedrich Pfaff,1765-1825)指导下完成了《恒星之掩星》的博士论文。
以默比乌斯命名的数学概念或工具包括默比乌斯平面、默比乌斯变换、默比乌斯函数、默比乌斯配置、默比乌斯反演等,涉及射影几何、数论与拓扑学等多个数学分支,但是最广为人知的还是他晚年发现的一种既简单又奇妙的拓扑结构,这就是被后人称为“默比乌斯带”或“默比乌斯环”的数学模型:它可以通过将一个长条纸带旋转180°后再把两端粘上制得,这是只有一个表面没有边界(纸带的两侧边缘不算)的环状物。
默比乌斯带的制作这样容易,很容易让人怀疑早就有人发现了它。不过在利斯廷与默比乌斯之前,的确没有人从数学上加以考察。有趣的是,在意大利的古代遗址森提农(Sentinum)的古罗马别墅中,人们发现了一幅公元200-250年前后制作的马赛克壁画,画面中央是罗马神话中的永恒时间之神,站在一条绘着黄道十二宫的环带之中,仔细观察,可以发现这是一条默比乌斯带。
默比乌斯带引起许多艺术家的兴趣,最有代表性的就是荷兰画家埃舍尔(Maurits Cornelis Escher,1898-1972)了。图8是他的作品《默比乌斯带II》,一只倒霉的蚂蚁在环上无休止地爬行。
名为《骑士》的图9深得科学家们的喜爱:李政道在《科学与艺术》一文中就引用它来说明如何用艺术手法来表达科学思想;杨振宁则将它作为自己普及性读物《基本粒子发现简史》(上海科学技术出版社,1963年)的封面,借此阐释物理学中对称、互补与缔合变换等观念。
默比乌斯带也成了一些装潢艺术的素材,下面两个图案其实就是默比乌斯1858年手稿中那个压扁了的默比乌斯带:图10现已成为国际公认的回收循环利用标志,有许多不同的变体;图11是谷歌云端硬盘(Google Drive)的徽标。
默比乌斯带也出现在雕塑作品和建筑设计之中,以下图12是瑞士建筑师兼雕塑家马克斯·比尔(Max Bill,1908-1994)的作品《无尽的缠绕》,位于比利时安特卫普的米德尔海姆(Middelheim)雕塑公园内。图13是美国北卡州夏洛特市的全美赛车名人堂(Nascar Hall of Fame)的正门,整个建筑被一个默比乌斯带状的廊檐环绕。
作为永恒时间之神的爱永形象始现于希腊化时期,相关的信仰及其象征符号到罗马帝国时代才得以到完善。罗马“五贤帝”之一的安东尼·庇护(Antoninus Pius,86-161 AD)将爱永视为帝国强盛的象征,其形象也出现在当时铸造的银币之上。图16是安东尼·庇护纪念柱的底座,浮雕中央振翅飞翔的就是永恒时间之神爱永,他正把庇护及其妻子带向天堂,皇帝的身份由其手中的权杖及两侧的飞鹰显示。
后人常把爱永与另一个时间之神克洛诺斯(Cronos)混为一谈,后者也是“编年史”(chronicle)、“年代学”(chronology)的词源,出身则更为古老。在希腊神话谱系(如赫希俄德)中,克洛诺斯本是第一代泰坦神的领袖,在母亲盖娅的帮助下推翻了父亲乌拉诺斯(Uranus)的统治,他用来阉割父亲的镰刀后来成了收获的象征。值得一提的是,克洛诺斯的统治后来也被他的孩子宙斯一代所取代。
在希腊-罗马文化中,并存着两种时间之神:一个是克洛诺斯,代表着经验的、线性的、进步的和历史感的时间,这一观念与希伯来的一神教观念若相契合;另一个则是爱永,代表着永恒的、无垠的、循环的、仪式感的时间,爱永出现的时间要晚一些,大约兴起于希腊化时代,很可能受到埃及甚至印度文化的影响。在古埃及的象形文字中,衔尾蛇通常代表生命轮回,有时也作为太阳的符号,象征其运行的轨迹、永恒与无限。