欧几里得之谜:平行公设与宇宙的秘密

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你是否曾想过,两千多年前的数学家们留下的一个看似简单的句子,竟然隐藏着理解宇宙的关键?让我们一起探索欧几里得《几何原本》中那个被怀疑是错误的公设,以及它如何揭示了宇宙的奇异新世界。

欧几里得的伟大工程

公元前300年左右,希腊数学家欧几里得着手一个庞大的项目,旨在总结当时所有已知的数学知识,创造一本包含所有人所知道的数学知识的书。他的著作《几何原本》成为了超过2000年的数学教科书,共13卷,证明了465个定理,涵盖了当时的几乎所有数学知识,包括几何和数论。

公设之谜

欧几里得的《几何原本》依赖于一些定义、几个共同的概念和五个公设。其中,前四个公设相对简单,但第五个公设却引起了数学家们的怀疑。第五公设是关于平行线的,它看起来像是欧几里得的一个错误。

平行公设的挑战

数学家们花了超过2000年的时间尝试证明第五公设,但都没有成功。直到1820年,17岁的学生约翰·博尔耶开始研究这个问题。他发现,第五公设可能无法从其他四个公设中证明,它可能是完全独立的。

非欧几何的发现

博尔耶想象了一个世界,其中可以通过一个点画出多条平行线。他发现,这种几何学在数学上似乎是连贯的。这种几何学现在被称为双曲几何。

球面几何的兴起

1854年,黎曼将第二个公设从无限扩展改为“无边界的”,从而使球面几何成为另一种有效的非欧几何。通过使用通用的四个公设,并假设第五公设是没有平行线,现在可以推导出球面或椭圆几何。

相对论与几何学

1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,它基于两个公设。他发现,空间和时间是相对的。为了解释相对论与牛顿引力的矛盾,他提出了广义相对论,其中空间和时间的几何结构由物质和能量分布决定。

宇宙的形状

为了确定宇宙的形状,我们可以测量三角形的内角。在平坦的宇宙中,三角形的内角之和等于180度。在球形的宇宙中,内角之和大于180度,而在双曲宇宙中,内角之和小于180度。

总结

欧几里得第五公设的谜团最终揭示了宇宙的奇异新世界。非欧几何和广义相对论为我们理解宇宙的结构和演化提供了重要的工具。通过探索这些几何学的奥秘,我们离解开宇宙的秘密又近了一步。

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