一个简单的克莱因瓶,为什么穷尽科技都造不出来?
前几天给办公室小妹帮忙换色带,发现一个很有趣的现象,这条色带转了180度和另一头对接,居然多此一举还得在色带框里调整一下,但突然意识到这就是一个莫比乌斯环,色带轮换一圈两面都打了一遍。
很多朋友都不知道莫比乌斯环现实中有什么用,色带就完美的体现了它的用途!在我们所在的三维空间中,有两个不属于三维的存在,一个就是前文所说的莫比乌斯环,另一个就是和莫比乌斯环齐名的克莱因瓶!
克莱因瓶和莫比乌斯环到底有什么区别?
莫比乌斯环可以现场制作一个,一条纸带一头转180度和另一头粘接,然后就形成了一个莫比乌斯环,这是德国数学家、天文学家莫比乌斯和约翰·李斯丁在1858年独立发现的。
莫比乌斯环有几个非常有趣的特性,在莫比乌斯环上只要朝着一个方形走,不需要回头就能走过纸带的两边,而且沿着莫比乌斯环的中间剪开并不会得到两个莫比乌斯环,而是一个更大的扭了两次的环(非莫比乌斯环),不信的话各位可以做一个自己剪开试试。
这是一个二维平面中扭曲形成的环,我们可以轻易看到它扭转了180度,所以这都不是什么事,因为我们在比二维更高的维度三维中观测这类现象,完全在理解范围内,如果二维也有文明的话,那么它们将会在莫比乌斯环上迷失,怎么都想不明白一直往前走还能回到原点。
莫比乌斯环只能在二维吗?其实它可以在三维空间,不过到现在也无法证实三维中是否存在莫比乌斯空间,不过现象是可以想象的,在这个空间内,你一直朝着往前走,但走着走着就发现回到了原点,你肯定会认为遭遇鬼打墙了,但理论上莫比乌斯空间特性就是这样。
也许很多人遭遇的鬼打墙,只不过是空间被错误扭曲后连接在了一起而已,假如真有发现,千万别慌,掏出手机录下来,也许能为科学家突破空间限制提供脑洞思维。
克莱因瓶又是什么鬼?
克莱因瓶更神奇,它不是三维空间中的物品,但即使在三维中已经能表现出它非常有趣的特性,很多人会觉得笔者故弄玄虚,克莱因瓶在某宝上几块钱就能买到一个,还说不是三维空间中的物品,这不是开玩笑么!
但事实上我们买到的克莱因瓶只是它在三维中的投影,什么意思呢?因为三维空间中缺少一维克莱因瓶所需的维度,所以在三维中的克莱因瓶是无法展现的,因此各位买到的克莱因瓶就是个假冒货,但在三维中又是不可能买到真正的克莱因瓶的。
真正的克莱因瓶是什么样的?
在三维中比较难描述克莱因瓶,因为在三维中展现的瓶子,所以大家都会以为克莱因瓶就是一个瓶子,但其实这个是一个嵌套空间,更准确的说,克莱因瓶在四维中不是一个瓶子,而是一个相互嵌套的空间,怎么理解?
在三维空间中如果有一幢房子,假如你要进入房子的话必须进过门,或者窗户,或者某个通向房内的通道,但如果是克莱因瓶空间就不一样了,你只要一直朝着房子走,然后莫名其妙的就进入到了房子里,却没有经过任何门和窗,甚至是你所能见到的隧道。
在三维中的克莱因瓶没有内外之分,所以它也装不满水,总有部分空间是无法装水的,所以加入你家的别墅是个克莱因瓶空间,那么保证有很多人和动物会莫名其妙的闯进来,而且大家都一脸懵逼,是不是很可怕?
假如有一个能操控高维的文明,那么我们三维中所有的建筑都挡不住它们,因为将其弄成克莱因瓶空间即可,甚至直接在四维中的额外维进入这些建筑,是不是很可怕?其实道理很容易理解,我们可以操控二维平面上的蚂蚁,想怎样就怎样,四维对三维的操控其实也同样。
四维是不是真的存在?
对于高维是否存在,大家肯定有话要说,科学家也不知道高维是否存在,但他们证明了高维整个基本作用力体系都会受到影响,三维空间中,电磁力和引力都和距离的平方成反比,但在四维空间中,却是和距离的立方成正比,这种情况下你会发现一个问题,物体之间结合的电磁力将会缩小到无法维系结构的程度。
同样引力也想出现类似的变化,结果是什么,这些物质都将变成一盘散沙!后果是可怕的,那么表示高维将不再可能?其实也未必,因为对于空间的操控完全可以在三维中进行,只是我们现在对空间知之甚少,甚至只是将其作为无处不在,在其内部应用而已!
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