新知 | “直线”不直

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直线是什么样的?

要知道这个问题,首先得了解“欧式几何”是什么。两千多年前,有一个古希腊数学家——欧几里得,他写下了几条公理。在这几条公理的基础上,欧几里得用纯逻辑推理的办法,由简单到复杂地证明了一系列命题,发展出一套体系,我们把它叫“欧氏几何”,它被奉为人类理性推理的典范。

在欧式几何中有一公理,即两点之间直线最近。不管你会不会证明,你会觉得这是对的,因为这符合直觉。所谓符合直觉是因为我们知道光沿直线传播,而人是感光动物。

但并不是所有科学家都认同这一公理,西方数学家开了一个脑洞发明了“双曲线几何”。

啥叫双曲线几何?以鲸鱼为例,在鲸鱼世界里的就是双曲线几何。假定你现在就是头鲸鱼,在海洋深处,因为水里很暗,所以光线没啥用。你要靠声音和外界交流。在你的世界里,两点之间的最短距离就是声波走过的路径。对你来说,这就相当于一条直线。

但声音在海里的传播速度并不是处处相等的。在某个深度范围,声速跟它和水面的距离成正比,也就是说,深度越深,声速就越快。如果这个时候你要跟你的朋友说句话——当然你的朋友也是头鲸鱼,那最省时间的办法就是,声波先向下,去水深的地方,因为那儿声速比较快,然后再向上传给你朋友。更准确地说,科学家告诉我们声波走过的路就是一圈圈圆弧,圆心在海洋表面。这个圆弧对人类来说是“圆”的,但对鲸鱼来说,却是直线。

是不是挺有意思。

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