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为什么我们能造出莫比乌斯环?却无法造出克莱因瓶?

常驻编辑 网络热点 2022-10-07 维度   认知   科学家   宇宙   模型   神奇   人类   生物   时间   空间

科学界的研究总是在刷新着人类的认知,近代的科学家们提出了维度空间的概念,认为人类生活在三维世界当中。2zi拜客生活常识网

三维世界构想2zi拜客生活常识网

比人类生活的维度更高的是四维,而先后发现的莫比乌斯环和克莱因瓶,似乎都证明了四维存在的真实性。2zi拜客生活常识网

然而,人类只能制造出莫比乌斯环,却无法造出克莱因瓶,这是为何?2zi拜客生活常识网

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神秘的莫比乌斯环

1858年,德国数学家莫比乌斯惊讶地发现,只要将一根纸条扭转180度,再将两头连接,就能得到一条神奇的带子,人们将它命名为莫比乌斯环。2zi拜客生活常识网

莫比乌斯环将纸带原有的两个面变为了一个面,如果一个人站在巨大的莫比乌斯环上,那么这个人的视野当中的路程,将永远无法抵达尽头。2zi拜客生活常识网

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行走在莫比乌斯环上,人们不必跨越纸条曲面的边缘2zi拜客生活常识网

自从莫比乌斯环出现之后,人们就将莫比乌斯环认作是无穷符号的代表。2zi拜客生活常识网

工业当中也时常用到莫比乌斯环结构,来减少机械皮带的磨损。2zi拜客生活常识网

莫比乌斯环也给艺术作品带去了巨大灵感,比如在荷兰的建造师就以莫比乌斯环为模型,建造了一个“莫比乌斯住宅”。2zi拜客生活常识网

莫比乌斯住宅2zi拜客生活常识网

在有关莫比乌斯环的历史上,曾有一段有意思的趣闻,美国著名物理学专家理查德·费曼在年前的时候非常喜欢数学,于是就在女友面前制作了一个莫比乌斯环的模型。2zi拜客生活常识网

第二天费曼的女友将莫比乌斯环模型带到学校,当老师讲起哲学的时候说道:“凡事都有两面性,就像是任何物体都有两个面”。2zi拜客生活常识网

结果费曼的女友当场就掏出了莫比乌斯环,这让老师瞬间变得尴尬无比。2zi拜客生活常识网

有的人认为,人们生活的宇宙就是一条巨大的莫比乌斯环,因为人类永远也无法探知到宇宙的尽头。2zi拜客生活常识网

浩瀚无垠的宇宙空间2zi拜客生活常识网

神奇的是,只要将莫比乌斯环旋转三圈半之后,就能得到一个三叶结。2zi拜客生活常识网

三叶结是研究纽结理论的重要例子,被广泛运用于物理学、几何学、化学当中。2zi拜客生活常识网

更神奇的是,只要将两个莫比乌斯环唯一的面粘连起来,就能形成一个克莱因瓶2zi拜客生活常识网

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不过这种粘连只能在四维空间中才能实现,在三维空间当中,只能将莫比乌斯环撕裂来建造成一个外观模型,与真实的克莱因瓶相去甚远。2zi拜客生活常识网

同样的道理,在四维空间当中,也可以将克莱因瓶分成两个莫比乌斯环,这种神奇的交替性质,使得科学界的理论相互联系了起来2zi拜客生活常识网

如图所示2zi拜客生活常识网

克莱因瓶是1882年,德国著名几何学家克莱因发现的。2zi拜客生活常识网

克莱因将克莱因瓶定义为,一个瓶颈与瓶子底部洞口相连的特殊结构,克莱因瓶与莫比乌斯环一样表面没有“终结”2zi拜客生活常识网

简单来说,就是一个与自己相交的瓶子模型。2zi拜客生活常识网

克莱因瓶与人们认知的瓶子有着巨大差异,克莱因瓶没有内外之分,人们在足够大的克莱因瓶当中,可以直接从内通往外部,不用穿过克莱因瓶的表面。2zi拜客生活常识网

克莱因瓶建模图示2zi拜客生活常识网

在拓扑学当中指出,克莱因瓶是一个不可定向的拓扑空间2zi拜客生活常识网

根据克莱因瓶的特性,当中的空间引导着进入到其中的物体进行循环,简单来说真正的克莱因瓶能够装下整个宇宙的水。2zi拜客生活常识网

制造克莱因瓶有多难?

在三维空间当中,人们固然可以通过技术手段来制作出克莱因瓶的模型,这个模型只是一个概念性的东西,没有实际作用。2zi拜客生活常识网

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要制作出真正的克莱因瓶,必须要在四维空间当中,对三维进行扭曲,才能得到。2zi拜客生活常识网

举个大家可以理解的例子,比如想要制造出一个立体水杯,在人类生活的三维是相当简单的事情。

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