¿Es cierto que los matemáticos introdujeron otro axioma que contradice uno o más axiomas en los axiomas de Euclides y derivaron con éxito teoremas perfectamente válidos? ¿Ha sucedido algo similar? ¿Dónde puedo leer más sobre esto?

Sí, el “postulado paralelo”. El cual es un excelente término de búsqueda para aprender más.

Pero un poco de contexto de “panorama general” podría ser útil.

TLDR: Los sistemas axiomáticos son las reglas de los diferentes juegos que juegan los matemáticos. Cambia las reglas (los axiomas) y obtienes diferentes juegos. Algunos son aburridos de jugar; algunos no lo son. Cualquier parecido con la realidad física es pura coincidencia.

En última instancia, todas las matemáticas se basan en axiomas. Para la geometría plana, estos son los axiomas de Euclides. Para la aritmética, el equivalente es probablemente los axiomas de Peano. Para la combinatoria, son los axiomas de la teoría de grupos. Y así.

Si estos axiomas están bien escritos, entonces son independientes. Lo que significa que no puedes probar ninguno de ellos usando solo los otros. Por ejemplo, no podemos probar el postulado paralelo de los demás.

Por lo tanto, podemos descartar cualquier axioma, o asumir su opuesto, y la teoría resultante seguirá siendo coherente, es decir, no podemos usarla para demostrar que 1 = 2 o algo así. Porque si pudiéramos obtener una contradicción suponiendo que el axioma era falso, podríamos demostrarlo a partir de los otros axiomas (es decir, una prueba por contradicción).

Por lo tanto, es bastante interesante pasar por los sistemas de axiomas existentes y asumir lo contrario de uno o más de ellos. A menudo (generalmente) no obtienes nada interesante. En el caso de asumir diferentes formas para el axioma paralelo, se obtienen las teorías espectacularmente interesantes para la geometría esférica e hiperbólica. Lo mismo sucede en otros sistemas axiomáticos.

Ninguno de estos conjuntos de axiomas es más “real” que cualquier otro conjunto de axiomas consistentes. Algunos de ellos modelan algo interesante, y otros modelan cosas de las que tenemos una noción intuitiva (como la geometría plana). Pero ninguno es más correcto o menos correcto que cualquier otro sistema axiomático consistente.

El axioma particular al que te refieres es el quinto postulado de Euclides, también conocido como el postulado paralelo. Dice (de una manera diferente) que dada cualquier línea y punto que no esté en esa línea, hay una línea única a través de ese punto paralela a la línea dada. Si lo cambia a “hay más de una línea a través de ese punto paralela a la línea dada”, se obtiene geometría no euclidiana, también llamada geometría lobachevskiana. Es una de varias geometrías modernas.

Hay varios libros sobre estas geometrías modernas. Usé el libro de Henle la última vez que enseñé el curso:

Geometrías modernas: geometría discreta, no euclidiana, 2da edición, por Michael Henle. Prentice-Hall, 2001.

El libro de Bonola está en línea: geometría no euclidiana; Un estudio crítico e histórico de su desarrollo: Bonola, Roberto, 1874-1911: Descarga y transmisión gratuitas: Archivo de Internet, pero es un poco difícil de leer y solo analiza la geometría lobachevskiana, ninguna de las otras.

A2A: Puedes leer sobre tales cosas en Wikipedia: Geometría no euclidiana – Wikipedia

Si. La geomrtry proyectiva, esférica e hiperbólica tiene esta característica.