球面幾何學

球面幾何學

球面幾何學,設想有一種生活在二維面上的扁平螞蟻,因為是二維生物,所以沒有第三維感覺。如果螞蟻生活在大平面上,就從實踐中創立歐氏幾何。

簡介


設想有一種生活在二維面上的扁平螞蟻,因為是二維生物,所以沒有第三維感覺。如果螞蟻生活在大平面上,就從實踐中創立歐氏幾何。如果它生活在一個球面上,就會創立一種三角和大於180度,圓周率小於3.14的球面幾何學。但是,如果螞蟻生活在一個很大的球面上,當它的“科學“還不夠發達,活動範圍還不夠大,它不足以發現球面的彎曲,它生活的小塊球面近似於平面,因此它將先創立歐氏幾何學。當它的“科學技術“發展起來時,它會發現三角和大於180度,圓周率小於3。14等“實驗事實“。如果螞蟻夠聰明,它會得到結論,它們的宇宙是一個彎曲的二維空間,當它把自己的“宇宙“測量遍了時,會得出結論,它們的宇宙是封閉的(繞一圈還會回到原地),有限的,而且由於“空間“(曲面)的彎曲程度(曲率)處處相同,它們會將宇宙與自己的宇宙中的圓類比起來,認為宇宙是“圓形的“。由於沒有第三維感覺,所以它無法想象,它們的宇宙是怎樣彎曲成一個球的,更無法想象它們這個“無邊無際“的宇宙是存在於一個三維平直空間中的有限面積的球面。它們很難回答“宇宙外面是什麼“這類問題。因為,它們的宇宙是有限無邊的封閉的二維空間,很難形成“外面“這一概念。

螞蟻的發現


對於螞蟻必須藉助“發達的科技“才能發現的抽象的事實,一隻蜜蜂卻可以很容易憑直觀形象的描述出來。因為蜜蜂是三維空間的生物,對於嵌在三維空間的二維曲面是“一目了然“的,也很容易形成球面的概念。螞蟻憑藉自己的“科學技術“得到了同樣的結論,卻很不形象,是嚴格數學化的。

結論


由此可見,並不是只有高維空間的生物才能發現低維空間的情況,聰明的螞蟻一樣可以發現球面的彎曲,並最終建立起完善的球面幾何學,其認識深度並不比蜜蜂差多少。