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《零側曲面》教授

《零側曲面》教授

作者:馬丁·加德納
這個陌生人呼吸困難,毫無知覺,他早已超過五十開外,映入人們眼帘的是他那經過精心梳弄的火紅色鬍鬚,陌生人已完全禿頂,他的體格使人聯想起職業摔跤手。
在他作了一番說明(出於耽心大多數讀者對此完全不能理解,我將全部略去不講)以後,教授聲明說,他將在講座結束時做出一個最簡單的零側曲面來。這時所有的與會者,也包括我在內,都交換著會意的微笑,只是在辛普松教授臉上的笑容顯得有些勉強。
《紫帽子》夜總會的經理和老闆怎麼也理解不了當夜所發生的一切,我們打算進行解釋,卻更使局勢惡化了,而警察的到來則大大使這一切混亂萬狀,狼狽不堪。
「您算了吧,教授,」辛普松反唇相譏,「錯誤在這兒。」
我覺得,這種想法在許多出席者的腦海中也在閃現,我看見其中某些人在懷疑地笑著,那時教授正在黑板上勾畫複雜的圖解。
餐廳里漸漸走空了,房內只剩下斯略賓納斯基、辛普松和區區在下。兩位赫赫有名的拓樸學家站在黑板旁,辛普松咧開了嘴,指著圖上的某個地方:
我們準點到達,在把斯略賓納斯基介紹給辛普松教授及其他協會會員以後,大家入了席。我有意讓斯略賓納斯基注意到宴會上有許多細節都體現了「拓樸風格」,例如放紙餐巾的銀環就做成默比烏斯帶的樣子,在咖啡以前上桌的是專門烤制的麵包圈,而咖啡壺的外型卻是《克萊因瓶》的式樣。
「聽我對您說,您的這個變換不是相互連續的,所以,這兩個集合就不能同胚映射。」辛普松嚷了起來。
他坐在地板上,把自己的手腳也擺布成那不可思議的樣子。
「我應該去找他,」斯略賓納斯基說,「這是我所能做的唯一的事情。」
隨著這句話,教授把空著的一端粘上了另一端。
「這些線條的相文是不可能屬於簇的,它們在簇以外的某個地方相交。」他含糊地作了個向右的手勢。
在斯略賓納斯基的太陽穴上青筋畢露。
「別象白痴那樣干站著,」他朝我嚷,「還是來幫一下忙。」
「啊,並非?是並非嗎?」斯略賓納斯基打牙縫裡擠出這二句話。在我還沒得及勸阻以前,他那粗大的拳頭已打在辛普松的下巴上,於是來自威斯康辛的這位教授倒下地去,斯略賓納斯基轉身向我,面目猙獰。
當然,所有的人都深信成了這場鬧劇的受蒙蔽者,但也不得不承認,整個表演棒極了,和大家一樣,我也認為斯略賓納斯基為大九-九-藏-書家導演了一幕精彩的化學魔術。紙肯定是被浸透了特殊的化合物,通過摩擦或其他什麼手段被點燃,頃刻間被燒得煙消灰散。
孫維梓 譯
在後面的房間里,我碰見《默比烏斯》協會的其他會員正在和《紫帽子》的經理吵得不可開交。斯略賓納斯基身上纏著檯布,活脫是個古羅馬人,坐在安樂椅上,用手把包著冰塊的手帕緊緊壓在下巴上。
後來發生的事實在使我毛骨悚然。斯略賓納斯基兩眼充血,蹲在攤開四肢的論敵身旁,並且把他的手和腳編織成一個難以想象的紐結,他把這位威斯康辛的同行就象是紙帶一樣地摺疊起來!一聲炸響——在斯略賓納斯基手中只剩下一大堆衣服。
設想有個麵包圈是用極其柔軟又極為堅韌的橡膠做成的,可以隨意把它朝任何方向彎曲、壓縮或伸延,但不論麵包圈怎麼變形,它仍然有某些性質始終保持不變,例如它中間總有個洞,在拓樸學中麵包圈被稱為環面,你用來吸雞尾酒的麥管也是環面,不過被拉長了,從拓樸學的觀點看來,麵包圈和麥管毫無差別。
我悄悄溜到門旁,打開門就沿樓梯直衝樓下,我需要喝點什麼定定神。然後人們就告訴了我在大廳里發生的可怕的一幕:在我之前幾秒鐘,斯賓略納斯基實現了來自另一空間的跳躍。
看來斯略賓納斯基教授被友善的笑聲弄得有些發窘,臉都紅得和鬍子一樣,他窘迫地笑著坐下,掌聲漸漸平靜下來。
「往上,往上,而不是朝下,」斯略賓納斯基暴躁地叫著糾正我,這時我正儘力使他的左手碰上了鼻尖。
「否則那又會怎樣?」我疑惑不解。
「在我的證明中沒有任何錯誤。」他不無激動地回答。
最後,我們總算讓受盡折磨的同行穿好衣服,恢復了過來,我們大家離開了這戰場,並保證明天再和我們的律師一齊回來。看來,經理是認為他們夜總會成為某個外國陰謀的犧牲品了,他向我們威脅,要我們賠償一切經濟損失,並挽回他所說的夜總會那「無可指責的好名聲」。不過後來由於這個神秘事件在全市廣泛傳說,給夜總會起了意想不到的廣告宣傳作用,他才放棄了起訴。
這時在總管辦公室里,長著鬍子的陌生人已經蘇醒過來,他叫斯坦尼斯拉夫·斯略賓納斯基,維也納大學的數學教授,是應邀來芝加哥大學作系列講座的。
辛普松面色陰沉地聽著,在某個地方他打斷了斯略賓納斯基的話,向他抗辯些什麼,而九九藏書對方在一瞬間又頂了回去,接著又有一處質疑,但也過去了。我沒有參与他們的爭論,因為這已遠遠超出了我能理解的範圍,爭論對我來講,似乎已翱翔在高不可攀的拓樸頂峰之上。
他用手指點著圖形:
我瞄了辛普松教授一眼,在講這句話的當兒他閃過了一絲不易覺察的微笑。
「我們的人會被從裡向外整個地翻轉過來。」
事情的開端是在幾個小時以前,《默比烏斯》協會的成員在《紫帽子》夜總會二樓偏僻處的一張餐桌旁集會,舉行每年的年宴。《默比烏斯》協會是芝加哥市一個鮮為人知的拓樸學家的組織,而拓樸學則是現代數學的一個分支。
「分文不值的鬼計,除了手法靈活以外什麼也不是。」辛普松嗤之以鼻,「我不知道,也不想知道,您是怎麼搞的,但有一點十分清楚:您那個紙簇並非因為化成零側曲面才消失的。」
斯略賓納斯基的臉色很嚴肅。
「那末他……還能回來嗎?」
「先生們,」他說,把這個由藍紙做成的不可思議的結構朝四面翻動,使所有人得以看清,「現在,你們看到了公開展示的第一個斯略賓納斯基曲面。」
爆發了砰訇一聲巨響,就象是打碎了電燈泡——紙制的結構頓時消失了!
黑板旁的情緒已趨於白熱化,兩位論敵的聲音越來越響,辛普松和斯略賓納斯基之間原先就有過爭論。也是關於某些拓樸學定理的,此刻舊話也已重提。
要向不大接觸數學的人解釋什麼是拓樸學相當困難,可以這麼說,拓樸學是研究圖形在變形后仍然能夠保持的那些性質。
拓樸學家能否從斯略賓納斯基的手稿中有所發現(當然,如果能找到它們的話),這隻能寄託于未來了。我們耗費了大批紙張,迄今還只能造出通常的雙側或單側的曲面,儘管我也曾幫忙把斯略賓納斯基「摺成」了零側曲面,但由於過於激動,我已忘記了所有細節過程。
我笨拙地望著這兩堆服裝,身後隱約有動靜,似乎有人在噗哧喘氣。我轉身看見了辛普松赤條條地站在牆邊發抖,面無血色,然後兩腿一軟,癱倒在地上。他的四肢,在曾被相互緊繞過的地方,透出紅色的斑痕。
斯略賓納斯基的臉重新紅了起來。
「那您是否也費神解釋一下,我的紙簇是怎麼消失的呢?」
斯略賓納斯基顯得靦腆不安:
今年我們決定把儀式的地點放在《紫帽子》夜總會,那裡價格便宜,而且在講座以後還可以到樓下大廳里去觀看節目。九*九*藏*書在客人方面運氣也不錯:著名的斯略賓納斯基教授接受了邀請,他是世上最優秀的拓樸學家,也是當今最偉大的數學天才之一。
但我怎麼也不會忘記在出事那晚,我臨走以前,這位偉大的拓樸學家講過的一件事。
在十八世紀,許多數學家還只是致力於個別拓樸題的解答,那末奧古斯特·費迪南德·默比烏斯作為開拓者,就已在拓樸學領域開展了系統的研究。默比烏斯是位天文學家,在萊比錫大學教了上半個世紀的書,在他以前所有人都認為任何曲面都有兩個側面,例如紙張那樣,正是默比烏斯完成了意外的發現:如果取一條紙帶,把它扭轉半周后再把兩端粘連起來,就能獲得單側的曲面,它沒有雙面,只有唯一的單面!即使伸縮或變形也仍然保持。
「不應該忘記,」教授繼續說,「那些從前沒見過默比烏斯帶的人是難以想象單側曲面的;不少很有數學想象力的人竟否定了單側曲面的存在,儘管默比烏斯帶就近在他的眼前。」
「真走運,」他說過,「辛普松和我在返回以前還來得及脫出了右手。」
剎那間大家呆住了,然後一齊爆發出笑聲和鼓掌聲。
斯略賓納斯基打上衣口袋裡取出一疊藍紙,剪刀和一管膠水,他把紙剪出個東西,奇形怪狀的令人聯想起是個紙娃娃:有五條長長的凸出部份,就象是頭部,雙手和雙腳。然後他把這東西摺來摺去並小心翼翼地把凸出部的頂端粘合起來,整個過程極為奧妙而且需要極大的細心,各個長條令人眼花繚亂地交織在一起,最後只剩下兩個空端,斯略賓納斯基把膠水滴在其中之一上面。
領班傑克·鮑爾斯趕快吩咐打開燈光並努力使觀眾平息下來,而原來站在樂隊旁邊觀看演出的總管則把檯布蓋到那四肢伸展的軀體上,並翻成仰卧模樣。
一聲爆裂,比辛普松消失時的還要響亮,一陣冷風侵襲了我的臉,等我張眼以後,只見地上又多了一堆衣服。
我陪斯略賓納斯基一齊乘計程車去《紫帽子》,路上我請他透露些報告的主要論點,他笑而不答,勸我姑且忍耐,要知道講座題目《零側曲面,已經在協會成員中引起如此熱烈的議論,甚至美國中西部公認的拓樸學權威威斯康辛大學的辛昔松教授也向理事會書面告知了想出席宴會的意圖,辛普松在這一年還沒光臨過任何一次會議呢!
「而我對您說,這裏沒有任何錯誤。」他重複說,提高了聲調,一字一句地仔細重複了證明的全過程,不時https://read.99csw.com地用手指關節叩擊著黑板以加重說服力。
我盡量保持了自製,想去把門閂上,當我講話時,聲音幾不可辨:
就象是火花放電一般,他的話一下子擊中了桌邊所有的人。每個人都精神陡然一振,驚異地左右互視,並努力坐得更好一些。辛昔松教授猛然晃動著腦袋,當斯略賓納斯基走向餐桌的遠端——那兒已備好一塊教室用的黑板時,辛普松向左面的鄰座低聲說:「荒謬已極的胡說八道!要末斯略賓已經完全瘋了,要末他是想開我們一個大玩笑。」
我們圍集在客人旁,輪番戲謔地向他祝賀這了不起的發現,侍應生領班提醒我們,需要觀賞節目和需要飲料的人可以在樓下預定桌位。
我簡短致詞以後,斯略賓納斯基站起身來,對掌聲報之以微笑並乾咳一聲。
接著就是極度的喧鬧與混亂。
費了好大勁才由三個侍應生把他抬進了總管的辦公室。觀眾大廳里沸沸揚揚,夫人們都已近乎歇斯底里,眼睛瞪得滾圓地一會兒瞧看頂板,一會兒互相張望。觀眾們七嘴八舌地議論這傢伙是怎麼掉下來的,唯一合乎常理的假設只能是他先被人從舞場的某側高高拋向空中,但在場的任何人又都沒見到事情如何發生。
許多年來,斯略賓納斯基繼續講道,他頑強地努力締造零側曲面,按照對已知曲面型來進行類推,他成功地研究了零側曲面的許多性質,盼望已久的一天終於來臨。斯略賓納斯基停頓一下,想了解這句話對大家的影響,他在對發楞的聽眾掃視了一圈后說道,他的努力已經成功,他創造出了零側曲面!
斯略賓納斯基站起身子,喘著粗氣,雙手還抽搐地緊握著辛普松的上裝,然後他鬆開了手,上裝重新落向地上的那堆衣服上面,斯略賓納斯基咕嚕了幾句聽不明白的話,用拳頭捶打自己的頭部。
「不知道,什麼也不知道,」斯略賓納斯基嚎叫著,「我剛開始研究零側曲面,僅僅是開始。我不知道他會怎樣,只知道一點——辛普松正位於比我們空間維數更高的空間里,首先是在四維空間,然後……上帝才知道他會去哪裡。」
正當多洛蕾絲以優美的舞姿扔出披在頭部和肩上的透明薄紗時,突然從上方某處傳來就象是槍聲般的巨響,一個赤身裸體的男人打天花板那兒頭朝下地跌了下來!
我好歹整了下衣服,就幫他把右手從左腿下穿過去又繞向脖子,在我的幫助下使它碰到了耳朵,左手也要如法泡製。
辛普松只受了點輕傷,但斯略賓納斯基則九_九_藏_書是下齶骨骨折,我送他到離大學不遠的比林克斯醫院診治。
正當多洛蕾絲,那位漂亮的芝加哥《紫帽子》夜總會的黑髮女明星,站到舞場的正中時,伴奏樂隊響起了輕柔的東方旋律,她也跳起拿手好戲——《肚皮舞》。場內十分暗淡,只有幾束朦朧的光線自上而下投來,使舞|女身上那薄如蟬翼的埃及服裝閃閃發亮。
拓樸學對幾何對象的長度,面積,體積等度量性質不感興趣,它只研究圖形和物體最深刻的性質,即使在最厲害的變形(但不準弄斷和粘合)以後仍然不變的性質,如果允許弄斷和粘合,那麼不論有多麼複雜結構的物體都可以轉化為任何具有其他結構的物體,於是所有的原始性質將一去不返,被徹底破壞了。稍想一想,你就會理解,拓樸學研究的正是物體所擁有的最簡單的,同時也是最深刻的性質。
斯略賓納斯基的精采報告只有專家們才能理解,因此要想詳盡敘述其內容恐怕是不可能的,但主要點可歸納如下:十年前斯略賓納斯基偶然翻閱到默比烏斯的一本罕見的著作,併為其中一個大胆的論斷所震驚,默比烏斯認為,並不存在什麼理論根據說,曲面的兩個側面是不可缺少的,換句話說,曲面可以是雙側的,單側的,甚至也可以是《零側》的!
「在您的證明中有個錯誤被極端巧妙地掩蓋了,教授,不知道與會者誰看出了沒有。」
「辛普松回來了,」我告訴他,「他還在昏迷中,但我估計他問題不大。」
「別打算摻合進來,年輕人。」他警告說,他比我至少要重上一百英磅,所以我只好接受警告而退卻。
他突然抓住我上衣的翻領並拚命搖晃,我以為現在該輪到我了。
《默比烏斯》協會,每月都要召開具有學術性質的會議,而每年11月17日(默比烏斯的生日)則要舉行宴會並邀請著名拓樸學者來作講演。
「上帝保佑。」斯略賓納斯基喃喃地說。
當然,教授闡明說,這種曲面不可能馬上直觀地呈現出來,就象負1的平方根或四維空間的超立方體那樣,但是概念的抽象性難道就意味著它是無聊的,或者說就不能在現代數學或物理中找到它的應用嗎?
辛普松化成了零側曲面。
他在醫院住了幾個星期,謝絕了一切來訪,我只是在他出院上車站那天才見到了他,斯略賓納斯基去了紐約,打那時起我就再投看見他了。幾個月以後,他因心臟病發作去世,辛普松教授曾和他的遺孀通信,希冀能找到哪怕一點和零側曲面理論有關的手稿也好。