魔力科学小实验，克莱因瓶为何在地球上装不满？说点四维空间的事
每天1个科学小知识，培养孩子的科学素养。
文 | 魔力科学小实验，本文为原创，转载请注明来源。
有一种神奇的瓶子，容量无限大，大到整个太平洋的海水装进去也装不满它！
甚至有科学家说，别说太平洋，就算全世界的水也无法装满它。
我的第一感觉是： 这瓶子漏吧？！
然而，真相只有一个：瓶子不漏，而是你的大脑容量限制了你的想象！但这也不是你的错，因为我们生活的这个世界是个三维空间，严格意义上来说， 这种瓶子是四维空间存在的东西 。
三维空间里搞不懂四维空间里的事儿，那是正常。
这种瓶子有一个非常浪漫的名字： 克莱因瓶。
光看这洋气又好听的名字就觉得不一般，为了一探究竟，我特意找到了这种瓶子，并且成功地搬到了我的实验室。我整不出太平洋，但是我整了一个超级大的注射器往里灌水。虽然结果赤裸裸地摆在那里，可我就是想瞧瞧：
我是如何被一个小小的瓶子打败的！
今天的实验有点烧脑，请注意及时补脑！
实验目的
了解克莱因瓶作为无定向性平面的特性。
实验材料
清水、大容量注射器、克莱因瓶模型
操作步骤
1.为了方便往瓶子里灌水，将塑料软管伸进瓶内。
2.用大容量注射器吸满水，为了便于观察，可在水中滴入色素（非必须）
3.塑料软管与注射器相连，将注射器里的水持续不断地推入瓶内（注：瓶子模型容量约400ml，注射器容量550ml）
现象及原理
通过上面的实验我们发现：从瓶子模型入口处持续不断地往克莱因瓶模型里注水，水位逐渐上升，当瓶内的水被“注满”后，水流没有越过瓶子表面，直接从入口处排了出来。换言之， 这种瓶子的表面没有终结，永远也无法注满 。
水流未越过表面
下面这张动图也许更直观，我们来看看。（ 文末有完整实验视频 ）
什么是克莱因瓶？
克莱因瓶，在数学领域中是指一种无定向性的平面，这个物体没有“边”， 内即是外，外即是内 。它和球面不同 ，如果在里面放一只苍蝇，该苍蝇可以从瓶子的内部直接飞到外部而不用穿过表面，水流也是如此。 克莱因瓶在拓扑学中是一个不可定向的拓扑空间。
克莱因瓶的名字由来
克莱因瓶最初由德国几何学大家菲力克斯·克莱因 (Felix Klein) 提出，因而得名。
不过它的名字得来是一个弄巧成拙的结果。
它的本名叫“克莱因平面”，最初用德语命名时候名字中“Kleinsche Fläche”是“克莱因平面”的意思。因为翻译问题写成了Flasche，这个词才是瓶子的意思。不过，这个平面看起来跟瓶子也很像，于是“克莱因瓶”的名字一直沿用至今。
我们该怎么理解克莱因瓶？
我们看到的克莱因瓶结构可表述为：一个瓶子底部有一个洞，现在延长瓶子的颈部，并且扭曲地进入瓶子内部，然后和底部的洞相连接。和我们平时用来喝水的杯子不一样，这个物体没有“边”，它的表面不会终结。
苍蝇也许比我说得更明白：
图片源于网络，侵删
这是从四维空间来推论的结果， 但由于我们身处三维世界，并不能真正地制造出克莱因瓶 。因为在四维空间里，该瓶子扭曲的颈部是不需要与瓶子相交而进入瓶子内部，但人类 社会 技术有限，无法真正实现。
因此，我们现在能够看到的“克莱因瓶”其实都是克莱因瓶在三维空间里的模型。
科学家认为它只有在四维空间才能真正被装满水，也就是说，这个瓶子是不属于人类世界的。它来自宇宙的高维空间，那里对于人类来说就是个神秘领域，一切都可能发生。
爱因斯坦曾说， 当世界上只剩下一个你的时候，门外和门内都同样是一个人，因为门里即是门外。
这大概是对克莱因瓶最通俗的理解。
四维空间是个啥？
在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间（我们生活的现实世界）加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学意义。
根据爱因斯坦相对论的论述：我们生活中所面对的三维空间加上时间构成所谓四维空间。由于我们在地球上所感觉到的时间很慢，所以不会明显地感觉到四维空间的存在。
假如有机会登上宇宙飞船或到达宇宙之中，使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速的时候，我们能找到时间的变化：
那时，你的生命比在地球上长很多很多……
科学家曾形容，在四维空间里，我们要取出蛋黄是不需要敲碎蛋壳的，直接可以拿出蛋黄。
感觉那是孙猴子才能办到的事。
不过，四维空间对我们来说现在还很难理解，在三维世界里，真实地过好每一天比啥都强，不是吗？
好了，今天就唠到这了，再唠叨一句：四维空间的事儿有点烧脑，我们还是干点三维世界里的正经活， 比如点个赞， 咱们下期见。
更多精彩原创科学实验请点击：
魔力科学小实验，学会这两招，开罐头丝毫不费力还很优雅
魔力科学小实验，你发现没，水气球扎个洞流出来的水是静止的？
我是一名理工硕士奶爸，爱生活、爱科学，陪娃做了400多个“魔力科学小实验”。关注订阅我，每天3分钟，陪孩子在家做个小实验，培养孩子的科学素养！
THE END
绛旓細鍋囧鐢诲嚭瀹囧畽銆佸娍闃便佸弽鍔块槺鍜岃櫕娲炵殑鍥惧儚,瀹冨氨鍍忎竴涓鍏嬭幈鍥犵摱鈥斺旂摱鍙ｆ槸榛戞礊,鐡惰韩鍜岀摱棰堢殑浜ょ晫澶勬槸鐧芥礊,鐡堕鏄櫕娲炪 涓夋槸浣犺鐨勬椂闂撮毀閬,鏍规嵁鐖卞洜鏂潶鎵璇寸殑浣犲彲浠ヨ繘琛屾椂闂存梾琛,浣嗕綘鍙兘鐪,灏卞儚鐪嬬數褰,鍗存棤娉曟敼鍙樺彂鐢熺殑浜嬫儏,鍥犱负鏃堕棿鏄嚎琛岀殑,浜嬩欢灏辨槸涓涓釜鐝犲瓙宸茬粡绌垮ソ,浣犳棤娉曟敼鍙樼彔瀛愪篃鏃犳硶璋冨姩椤哄簭 鍒扮幇鍦...
绛旓細鍏厓1882骞达紝鍙︿竴浣嶅痉鍥芥暟瀛﹀璐瑰姏鍏嬫柉•鍏嬭幈鑼碉紙Felix Klein锛1849锝1925锛夛紝缁堜簬鎵惧埌浜嗕竴绉嶈嚜鎴戝皝闂屾病鏈夋槑鏄捐竟鐣岀殑妯″瀷锛屽悗鏉ヤ互浠栫殑鍚嶅瓧鍛藉悕涓衡鍏嬭幈鍥犵摱鈥濄傝繖绉嶆摱瀹為檯涓婂彲浠ョ湅浣滄槸鐢变竴瀵归害姣斾箤鏂湀锛屾部杈圭晫绮樺悎鑰屾垚銆傞害姣斾箤鏂湀鐨勫簲鐢細鏁板涓湁涓涓噸瑕佸垎鏀彨鈥滄嫇鎵戝鈥濓紝涓昏鏄爺绌...
绛旓細鍥犱负浠讳綍瑁呭叆鐡朵腑鐨勭墿浣,浠夸經绐佺劧闂存嫢鏈変簡 绌垮鏈 ,瀹冧滑浼氶氳繃绁炵鐨勭鍥涚淮婕忓嚭鏉!鎹㈠彞璇濊,瑕佹槸鏈変竴涓湡瀹炵殑鍏嬭幈鍥犵摱,浜虹被灏卞彲浠ョ湡姝ｇ殑鐮旂┒绗洓缁翠簡!浣嗚繖涓滆タ鍙兘鍦ㄥ洓缁寸┖闂翠腑鍒堕犲緱鍑烘潵,鍦ㄤ笁缁寸┖闂翠腑鏄棤娉曞埗閫犵殑銆傚氨鍍忎笂闈㈤偅涓帿姣斾箤鏂甫,鍙兘閫氳繃涓夌淮绌洪棿鍒堕,鏃犳硶鍦ㄤ簩缁村钩闈腑閫犲嚭鏉,铏界劧浣犲彲浠ユ妸瀹冩姇褰卞埌浜岀淮...
绛旓細瀹冩槸杩炴帴浣犲拰涓涓仴杩滃湴鏂圭殑閫氶亾锛屽畠鐨勭悊璁轰笂鍘熺悊鏄姌鍙犵┖闂达紝鍏跺疄瀹冪殑鐢ㄥ鏄拡瀵逛簬锛岄偅浜涘嚑涓囧厜骞寸殑鏄熺郴鎴戜滑涓嶅彲鑳藉埌杈撅紝鍒╃敤瀹冨彲浠ョ┛姊换浣曞凡寤虹珛浜嗙ǔ瀹氳櫕娲炵粨鏋勭殑鍦版柟銆傜浉瀵硅璇寸殑鏄鏋滅墿浣撶殑鐩稿绉诲姩閫熷害瓒呰繃浜嗗厜閫燂紝閭ｄ箞锛岄拡瀵瑰畠鐨勬椂闂村氨姣旀梺杈规椂闂磋蹇紝涔熷氨鏄悊璁轰笂鐨勬湭鏉ャ備絾涓鍒囩幇鍦ㄥ彧鏄悊璁猴紝浠...
绛旓細寮﹁鍛婅瘔鎴戜滑锛屽畤瀹欏叡鏈11涓淮搴﹀湪鏀厤鐫瀹囧畽鐨勮繍琛屻傚叾涓叚涓淮搴﹁湻缂╁湪鍗℃媺姣-涓樼┖闂翠腑锛岃繖鏄竴涓瀬灏忕殑绌洪棿灏哄害锛屼互鐜板湪鐨绉戝鎵嬫鏄棤娉曟帰娴嬪埌鐨勶紝瀹冩瘮鐢靛瓙杩樿灏忋備篃灏辨槸璇达紝铏界劧瀹囧畽鏈11涓淮搴︼紝浣嗗彧鏈変笁涓淮搴﹁兘琚垜浠湅鍒帮紝鎴戜滑鑳界湅鍒扮悆浣擄紝浣嗙湅涓嶅埌鐪熸鐨鍏嬭幈鍥犵摱銆傛墦涓瘮鏂癸紝褰撲綘绔欏湪閬ヨ繙...
绛旓細鍋囧鐢诲嚭瀹囧畽銆佸娍闃便佸弽鍔块槺鍜岃櫕娲炵殑鍥惧儚,瀹冨氨鍍忎竴涓鍏嬭幈鍥犵摱鈥斺旂摱鍙ｆ槸榛戞礊,鐡惰韩鍜岀摱棰堢殑浜ょ晫澶勬槸鐧芥礊,鐡堕鏄櫕娲炪 涓夋槸浣犺鐨勬椂闂撮毀閬,鏍规嵁鐖卞洜鏂潶鎵璇寸殑浣犲彲浠ヨ繘琛屾椂闂存梾琛,浣嗕綘鍙兘鐪,灏卞儚鐪嬬數褰,鍗存棤娉曟敼鍙樺彂鐢熺殑浜嬫儏,鍥犱负鏃堕棿鏄嚎琛岀殑,浜嬩欢灏辨槸涓涓釜鐝犲瓙宸茬粡绌垮ソ,浣犳棤娉曟敼鍙樼彔瀛愪篃鏃犳硶璋冨姩椤哄簭 鍒扮幇鍦...
绛旓細鍋囧鐢诲嚭瀹囧畽銆佸娍闃便佸弽鍔块槺鍜岃櫕娲炵殑鍥惧儚,瀹冨氨鍍忎竴涓鍏嬭幈鍥犵摱鈥斺旂摱鍙ｆ槸榛戞礊,鐡惰韩鍜岀摱棰堢殑浜ょ晫澶勬槸鐧芥礊,鐡堕鏄櫕娲炪 涓夋槸浣犺鐨勬椂闂撮毀閬,鏍规嵁鐖卞洜鏂潶鎵璇寸殑浣犲彲浠ヨ繘琛屾椂闂存梾琛,浣嗕綘鍙兘鐪,灏卞儚鐪嬬數褰,鍗存棤娉曟敼鍙樺彂鐢熺殑浜嬫儏,鍥犱负鏃堕棿鏄嚎琛岀殑,浜嬩欢灏辨槸涓涓釜鐝犲瓙宸茬粡绌垮ソ,浣犳棤娉曟敼鍙樼彔瀛愪篃鏃犳硶璋冨姩椤哄簭 鍒扮幇鍦...
绛旓細鍋囧鐢诲嚭瀹囧畽銆佸娍闃便佸弽鍔块槺鍜岃櫕娲炵殑鍥惧儚,瀹冨氨鍍忎竴涓鍏嬭幈鍥犵摱鈥斺旂摱鍙ｆ槸榛戞礊,鐡惰韩鍜岀摱棰堢殑浜ょ晫澶勬槸鐧芥礊,鐡堕鏄櫕娲炪備笁鏄綘璇寸殑鏃堕棿闅ч亾,鏍规嵁鐖卞洜鏂潶鎵璇寸殑浣犲彲浠ヨ繘琛屾椂闂存梾琛,浣嗕綘鍙兘鐪,灏卞儚鐪嬬數褰,鍗存棤娉曟敼鍙樺彂鐢熺殑浜嬫儏,鍥犱负鏃堕棿鏄嚎琛岀殑,浜嬩欢灏辨槸涓涓釜鐝犲瓙宸茬粡绌垮ソ,浣犳棤娉曟敼鍙樼彔瀛愪篃鏃犳硶璋冨姩椤哄簭鍒扮幇鍦...
绛旓細铏界劧杩欎簺鏂圭▼寮忚褰撲綔鏁板绮惧搧杩涜浜嗙爺绌(鐗瑰埆鏄害缈奥锋儬鍕掑強鍏跺悓浜嬩滑鐨勫伐浣)锛屼絾1985骞村墠鏃犱汉鎶婂畠浠涓哄畤瀹欑殑鐪熷疄鐗规э紝鍥犱负鏁板涓婄爺绌惰繃鐨勬墍鏈変緥瀛愰兘鍙兘鎵撳紑鐭煭涓鐬紝鍦ㄤ换浣曚笢瑗匡紝鍖呮嫭鍏夛紝灏氭湭鏉ュ緱鍙婇氳繃鍦伴亾鏃跺氨(鏍规嵁鏂圭▼寮)鐮板湴涓澹伴噸鏂板叧闂簡銆傝櫧鐒惰繖涓鎬濇兂涓虹骞讳綔瀹舵墍鍠滅埍锛屼絾绉戝瀹朵竴鑸涓哄繀瀹氭湁...
