平行线为啥不相交

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  我们先来看看苏联作家A·库尔良茨基发表在1981年第1期《苏联文艺》上的小说《公理》:
  老师离开黑板,抖了抖手上的粉笔灰说:“现在请大家作笔记——平行的两条直线,任意加以延长,永不相交.”
  学生们低下头在本子上写着.
  “西多罗夫,你为什么不记呢?”
  “我在想.”
  “想什么呢?”
  “为什么它们不会相交呢?”
  “为什么?我不是已经讲过,因为它们是平行的呀.”
  “那么,要是把它们延长到一千米,也不会相交吗?”
  “当然啦.”
  “要是延长到两千米呢?”
  “也不会相交的.”
  “要是延长到五千千米,它们就会相交了吧?”
  “不会的.”
  “有人试验过吗?”
  “这道理本来就很清楚,用不着试验,因为这是一条公理.谢苗诺夫,你说说,什么叫公理?”
  一个戴着眼镜,态度认真的男孩子从旁边座位上站起来答道:“公理就是不需要证明的真理.”
  “对,谢苗诺夫,”老师说,“坐下吧……现在你明白了吧?”
  “这我懂的,就是不懂为什么它们不会相交.”
  “就因為这是一条公理,是不需要证明的真理呀.”
  “那么,不论什么定理都可以叫做公理,就也都用不着加以证明了?”
  “不是任何一条定理都可以叫做公理.”
  “那为什么这一条定理就可以叫做公理呢?”
  “咳,你多固执啊……”
  “要是定理,就需要证明了吧?”
  “那是需要的.可我们现在说的是公理.”
  “为什么是公理呢?”
  “因为这是欧几里得说的.”
  “要是他说错了呢?”
  “你大概以为欧几里得比你还要蠢吧?”
  “不,我并不这样认为.”
  “那为什么你还要强辩呢?”
  “我没有强辩.我只是在想,为什么两条平行直线不能相交.”
  “因为它们不会相交,也不可能相交.整个几何学就是建立在这个基础上的.”
  “这么说,只要两条平行直线一相交,整个几何学就不能成立了?”
  “那当然,但它们终究不会相交……”
  读完这个绕人的故事,同学们是不是也深有同感:为什么不能相交呢?我们先来看看究竟什么是公理呢?
  在欧几里得之前,人们已经积累了大量的几何知识,包括各种计算公式和作图方法等.严格说来,这些知识只能算是实践经验,需要去粗取精、去伪存真,由此及彼、由表及里.这一系统化的工作最后由欧几里得完成了.他选用了一些人们在长期实践中总结出来的公认命题作为原始依据,称之为公理,由此建立起几何学的大厦.
  欧几里得在他的超级畅销书《几何原本》里,一开始就提出了5条公设.前4条公设分别为:
  1.由任意一点到另外任意一点可作直线.
  2.一条有限直线可以继续延长.
  3.以任意点为圆心及任意的距离可以画圆.
  4.凡直角都彼此相等.
  第五公设则异常复杂:同平面内一条直线与另外两条直线相交,若在某一侧的两个内角的和小于两个直角的和,则这两条直线在不断延伸后会在这一侧相交.
  显然,第五公设和前4个公设比较起来,文字叙述冗长,不够简洁明了.细心的数学家还注意到,欧几里得在《几何原本》中直到第29个命题才用到它.是不是欧几里得本人也觉得这一公设有问题呢?
  数学家发现了很多第五公设的等价命题.最著名的要数苏格兰数学家普莱费尔提出的平行公设:给定一条直线,通过此直线外的任何一点,有且只有一条直线与之平行.于是数学家也常把第五公设称为平行公设.
  欧几里得所谓的公理是没有经过证明的.为什么欧几里得不证明这些公理,使之看起来更可信呢?原因很简单,公理根本无法证明!后面的定理需要用前面的定理来证明,前面的定理需要用更前面的定理来证明,那么最前面的定理如何证明呢?万事万物总得有个开头吧!于是便有了最开始的那几条基本规律,也就是所谓的公理.
  两千多年间,数学家对公理的看法有了巨大变化,也取得了基本的一致:公理是不必证明的命题.非欧几何的创立让数学家可以探索任何可能的问题,建构任何可能的公理体系,理论数学从此得到了空前的发展.
  (摘编者单位:江苏省淮安外国语学校)
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