As any current or past geometry student knows, the father of geometry was Euclid, a Greek mathematician who lived in Alexandria, Egypt, around 300 B.C.E. Euclid is known as the author of a singularly influential work known as "Elements." You think your math book is long? Euclid's "Elements" is 13 volumes full of just geometry. In "Elements," Euclid structured and supplemented the work of many mathematicians that came before him, such as Pythagoras, Eudoxus, Hippocrates and others. Euclid laid it all out as a logical system of proof built up from a set of definitions, common notions, and his five famous postulates. Four of these postulates are very simple and straightforward, two points determine a line, for example. The fifth one, however, is the seed that grows our story. This fifth mysterious postulate is known simply as the parallel postulate. You see, unlike the first four, the fifth postulate is worded in a very convoluted way. Euclid's version states that, "If a line falls on two other lines so that the measure of the two interior angles on the same side of the transversal add up to less than two right angles, then the lines eventually intersect on that side, and therefore are not parallel." Wow, that is a mouthful! Here's the simpler, more familiar version: "In a plane, through any point not on a given line, only one new line can be drawn that's parallel to the original one." Many mathematicians over the centuries tried to prove the parallel postulate from the other four, but weren't able to do so. In the process, they began looking at what would happen logically if the fifth postulate were actually not true. Some of the greatest minds in the history of mathematics ask this question, people like Ibn al-Haytham, Omar Khayyam, Nasir al-Din al-Tusi, Giovanni Saccheri, János Bolyai, Carl Gauss, and Nikolai Lobachevsky. They all experimented with negating the parallel postulate, only to discover that this gave rise to entire alternative geometries. These geometries became collectively known as non-Euclidean geometries. We'll leave the details of these different geometries for another lesson. The main difference depends on the curvature of the surface upon which the lines are constructed. Turns out Euclid did not tell us the entire story in "Elements," and merely described one possible way to look at the universe. It all depends on the context of what you're looking at. Flat surfaces behave one way, while positively and negatively curved surfaces display very different characteristics. At first these alternative geometries seemed strange, but were soon found to be equally adept at describing the world around us. Navigating our planet requires elliptical geometry while the much of the art of M.C. Escher displays hyperbolic geometry. Albert Einstein used non-Euclidean geometry as well to describe how space-time becomes warped in the presence of matter, as part of his general theory of relativity. The big mystery is whether Euclid had any inkling of the existence of these different geometries when he wrote his postulate. We may never know, but it's hard to believe he had no idea whatsoever of their nature, being the great intellect that he was and understanding the field as thoroughly as he did. Maybe he did know and he wrote the postulate in such a way as to leave curious minds after him to flush out the details. If so, he's probably pleased. These discoveries could never have been made without gifted, progressive thinkers able to suspend their preconceived notions and think outside of what they've been taught. We, too, must be willing at times to put aside our preconceived notions and physical experiences and look at the larger picture, or we risk not seeing the rest of the story.
Каждый, кто изучал геометрию, знает, что её отец-основатель — Евклид, греческий математик, живший в Египте, в Александрии, примерно в 300 гг. до н.э. Он известен как автор исключительно значимого труда — «Начала». Тебе кажется большим учебник по математике? «Начала» — это 13 томов сплошной геометрии. В «Началах» Евклид упорядочил и дополнил работы многих своих предшественников, таких математиков как Пифагор, Евдокс, Гиппократ. Он разработал логическую систему доказательств, выстроенных из набора определений, общих принципов и пяти известных постулатов. Четыре из них очень просты, например: через любые две точки можно провести прямую. Но пятый — это отдельная история. Этот загадочный пятый постулат называют также постулатом параллельности. В отличие от первых четырёх его формулировка очень громоздкая. Определение Евклида гласит: «Если прямая пересекает две другие так, что сумма двух внутренних углов с одной стороны секущей меньше суммы двух углов с другой стороны, то прямые пересекутся с этой стороны, и значит, они не параллельны». Вот это формулировка! Простыми словами: «На плоскости, через точку вне данной прямой, можно провести только одну параллельную ей прямую линию». Веками математики безуспешно пытались доказать постулат параллельности, опираясь на четыре предыдущие. В процессе они попытались представить, что же произойдёт, если пятый постулат неверный. Этим вопросом задавались величайшие умы в истории математики: Ибн аль-Хайсам, Омар Хайам, Насир аль-Дин аль-Туси, Джованни Саккери, Янош Бойяи, Карл Гаусс и Николай Лобачевский. Они все подвергали сомнению постулат параллельности, чтобы впоследствии открыть направление альтернативной геометрии. Такие геометрии получили общее название неевклидовых геометрий. Детали этих альтернативных геометрий мы оставим для другого урока. Основное их отличие заключается в кривизне поверхности, на которой расположены линии. Оказалось, что в «Началах» Евклид рассказал нам не всё, а описал лишь один из способов изучения Вселенной. Всё зависит от контекста того, что вы изучаете. Плоские поверхности ведут себя иначе чем отрицательно и положительно искривлённые, у которых совсем другие характеристики. Поначалу другие геометрии казалась странными, но очень скоро заняли равноценное положение в описании окружающего мира. Для мореплавания нужна эллиптическая геометрия, в то время как картины Эшера изображают гиперболическую геометрию. Эйнштейн использовал неевклидову геометрию для описания искривления пространства и времени в присутствии материи в рамках своей общей теории относительности. Остаётся загадкой, имел ли Евклид представление о существовании других геометрий когда писал свой постулат. Этого нам уже не узнать, но очень сложно поверить, что он не знал об их природе, будучи таким великим мыслителем и понимая свой предмет настолько глубоко. Может быть, он всё знал и написал постулат таким образом, чтобы любознательные умы будущего могли раскрыть все детали. Если так, он должен быть рад. Эти открытия могли бы никогда не произойти, без одарённых мыслителей, отстранившихся от сложившихся представлений и вышедших за рамки существующих знаний. Иногда и нам следует абстрагироваться от предубеждений и жизненного опыта, чтобы увидеть больше деталей, иначе мы рискуем так и не увидеть картину целиком.