本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
1879年,查爾斯·道奇森,更為人所知的名字是路易斯·卡羅爾,出版了一本奇怪的小書,名為《歐幾里得及其現代競爭對手》(可在網際網路檔案館免費獲取)。雖然它採用了戲劇的形式,但它是對歐幾里得《幾何原本》作為最佳幾何教科書的辯護。卡羅爾的引言闡述了他的目的以及他這樣做的原因。他關於為非科學受眾寫作的言論聽起來仍然特別具有現實意義。
這本小書的目的首先是提供證據,證明在基礎幾何教學或考試中,只使用一本教科書是必要的;其次,有充分的先驗理由保留歐幾里得《幾何原本》的所有主要特徵,特別是其命題的順序和編號以及對平行線的處理;第三,尚未顯示出充分的理由放棄它,轉而支援任何一本作為替代品的現代手冊。它以戲劇形式呈現,部分原因是為了更好地交替展示問題雙方的論點;部分原因是我可以自由地以一種比散文更輕鬆的風格來處理它,從而使其不那麼乏味,也更容易被非科學讀者接受。
在某一方面,這本書是一次實驗,可能最終會失敗:我的意思是,我認為沒有必要始終保持科學作家通常表現出的那種嚴肅風格,而這種風格不知何故被認為是科學教學的“不可分割的偶然性”。我從來都不太明白這項古老法則的合理性:毫無疑問,有些主題本質上太嚴肅了,不容許任何輕鬆的處理方式——但我不能認同幾何學是其中之一。儘管如此,我相信人們會發現,我只在適當的時候允許自己瞥見事物的滑稽一面,當疲憊的讀者可能渴望片刻喘息之機時,而不是在任何可能危及論證思路連貫性的場合。
憐憫的朋友們警告我,我正衝向什麼樣的命運:他們預測,如果我放棄科學作家的尊嚴,我將疏遠所有真正的科學讀者的同情,他們會把這本書視為純粹的jeu d'esprit,並且不會費心在其中尋找任何嚴肅的論點。但是必須記住,如果我面前有西拉,那麼也有卡律布狄斯——而且,由於害怕被當成笑話來讀,我可能會招致根本無人問津的更黑暗的命運。
為了推進我內心偉大的事業——為歐幾里得的傑作辯護——我願意承擔一些風險;我認為這本書的購買者閱讀它,即使帶著微笑,也比他深信其目的的嚴肅性,卻把它原封不動地放在書架上要好得多。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關發現和塑造我們當今世界的思想的具有影響力的故事的未來。
卡羅爾的書是當時“數學戰爭”中的一次反擊,其主題是如何最好地教授幾何學。歐幾里得是教授數學的私立學校的標準教科書,但許多人認為它不足。對他們來說,它枯燥、形式化且晦澀難懂,容易導致死記硬背,而沒有理解。為了改進幾何課程,反對歐幾里得的幾何教學改進協會於 1871 年成立。在舞臺指示中,卡羅爾諷刺了該協會
出現一個幽靈般的佇列,圍繞著一面橫幅,橫幅上用金字題寫著“普遍事物改進協會”的標題。走在隊伍最前面的是尼祿,他拿著他未完成的“羅馬照明和供暖計劃”;而在跟隨他的隊伍中,可能會注意到——蓋伊·福克斯,“議員地位提升協會”主席。... 之後,在另一邊,艾薩克·牛頓爵士的小狗“鑽石”進來,嘴裡叼著半卷燒焦的手稿。它明顯地避開了佇列和橫幅,獨自走過,平靜地意識到,它獨自構思並實施了它偉大的“為數學研究帶來新亮光的計劃”,而沒有得到任何協會的幫助。
稱某人為“尼祿”一定是 1879 年版稱呼某人為“希特勒”。卡羅爾的辯護很有趣、諷刺且脾氣暴躁。我不認為他是對的,但瞭解他的觀點並思考如何定義幾乎無法定義的概念,例如線、方向和角度,這很有意思。
但最讓我印象深刻的是,雖然卡羅爾在平行公設上花費了大量時間,但他書中並沒有提及非歐幾何。並非沒有討論平行公設;有幾個章節包括對該主題的廣泛探索,並且他在文字中包含了兩個相關的表格。表 I 是與直線相關的命題列表,“其中一些是無可爭議的公理,其餘的是真實有效的定理,可以從無可爭議的公理中推匯出來。”換句話說,他收集了關於不依賴於平行公設的直線的公理和定理。表 II 是“十八個命題”的列表,“其中沒有一個是無可爭議的公理,但所有都是真實有效的定理,雖然不能從無可爭議的公理中推匯出來,但如果其中任何一個被承認為公理,則其餘的都可以證明。” 在這裡,我們有等同於平行公設的陳述。但他從未談論過平行公設的替代方案。
數學家哈羅德·斯科特·麥克唐納·科克瑟特為 1973 年多佛出版社出版的卡羅爾著作撰寫了序言,並且也注意到其中遺漏了關於非歐幾何的內容。他寫道
在如今啟蒙的時代,我們很難意識到,100 年前,劍橋大學的阿瑟·凱萊教授和倫敦大學的 W.K. 克利福德教授可能是在高斯、鮑耶和羅巴切夫斯基在 50 或 60 年前發起的哲學革命中,僅有的理解它的英國人。人們不禁想知道,如果凱萊或克利福德遇到道奇森,並讓他相信存在一種邏輯上一致的“雙曲”幾何,其中表 I 中的“絕對”命題仍然成立,而表 II 中的所有陳述都是錯誤的,會發生什麼...... 在他的《西爾維婭和布魯諾結局》中,真實的射影平面被表示為一個由縫合三塊正方形手帕製成的“福爾圖納圖斯錢包”。同樣的輕鬆風格和豐富的想象力,應用於無限雙曲平面,肯定會產生對這個新仙境的激動人心的探索。
在《歐幾里得及其現代競爭對手》出版後,卡羅爾確實對非歐幾何有了一些瞭解,但根據羅賓·威爾遜的著作《數字王國的路易斯·卡羅爾》,他始終認為平行公設一定是正確的。像科克瑟特一樣,我想知道如果卡羅爾有更多時間來適應這個想法,他可能會講述哪些關於雙曲幾何的有趣故事。
