Эту программу Клейн воплотил в жизнь за десять лет. Его верным союзником стал Давид Гильберт, один из самых выдающихся ученых конца XIX — начала XX века, который, как считается, оказал наибольшее влияние на геометрию после Евклида.
Благодаря Гильберту в 1895 году началась новая эпоха в развитии Гёттингенского университета, а Математический институт Гёттингена прославился во всем мире. Гильберт разделял мнение Клейна о том, что университет должен открыться для международного сообщества и отойти от пуристских взглядов, чтобы способствовать объединению различных математических дисциплин, но при этом стараться избегать открытого столкновения с Берлинским университетом. И действительно, вскоре Гёттингенский университет прославился своей открытостью: здесь радушно принимали ученых и мыслителей с новаторскими идеями независимо от их происхождения или социального положения.
Гильберт придерживался твердой позиции по поводу роли математики по отношению к физике; однажды он даже заявил, что физика слишком сложна для самих физиков. Совместно с немецким математиком Рихардом Курантом (1888-1972) Гильберт издал книгу Methoden der mathematischen Physik («Методы математической физики», 1924), которая оказалась бесценной для физиков. Работа переиздается до сих пор и известна под кратким названием «книга Куранта — Гильберта».
Такие элементарные понятия, как точка, прямая, плоскость, и их взаимоотношения, от простых до сложных, были систематизированы и упорядочены в период с 330 по 275 год до н.э. в одной из самых известных книг во всей истории человечества. Мы говорим о «Началах» Евклида. Этот труд состоит из 13 книг, в которых содержатся все знания по геометрии того времени. Евклид построил свою геометрию на трех ключевых понятиях: аксиомах, теоремах и постулатах. Теоремы относятся к неочевидным предложениям, которые можно доказать на основе аксиом и постулатов посредством логических рассуждений. Всего Евклид ввел 23 аксиомы (или определения) и 5 постулатов. Различие между аксиомой и постулатом очень важно для понимания сущности геометрии, описанной в «Началах». Аксиома не нуждается в доказательстве, так как это ясное и очевидное утверждение. Например, первая аксиома Евклида гласит: «Точка есть то, что не имеет частей». Постулат же — предложение, которое, не будучи таким очевидным, как аксиома, считается истинным без доказательства.
Таким образом, математическое здание строится шаг за шагом на основе системы аксиом и логических правил, которые позволяют создавать теоремы. До появления неевклидовых геометрий этот фундамент казался достаточно прочным и вызывал полное доверие.
В пятом постулате «Начал» Евклида — не таком ясном, как остальные четыре, — утверждается:
«Если через две прямые проходит прямая, образующая с одной стороны внутренние углы, чья сумма меньше суммы двух прямых углов, то если продолжить эти прямые бесконечно, они встретятся с той стороны, с которой сумма двух углов меньше двух прямых углов».
Возьмем прямую R3, проходящую через прямые R1 и R2 (см. рисунок).
Внутренние меньшие углы, о которых идет речь в постулате, обозначены буквами а и b. Согласно пятому постулату, если мы продолжим прямые R1 и R2, то они пересекутся в правой части рисунка. Недостаток в этом постулате простоты и очевидности, присущей первым четырем, всегда привлекал внимание геометров. Сам Евклид старался избегать этого постулата и впервые применил его только в доказательстве номер 29 книги I. Из-за этой попытки построить всю свою геометрию без пятого постулата Евклида даже называли первым неевклидовым геометром. Так или иначе, пятый постулат с самого начала вызывал вопросы. Справедлив ли он? И если да, действительно ли это независимый постулат? Или это теорема, которую можно доказать на основе четырех предыдущих постулатов?