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  三维世界的怪胎,装不满的克莱因瓶,科学家穷尽一生也无法造出           
三维世界的怪胎,装不满的克莱因瓶,科学家穷尽一生也无法造出
[ 作者:佚名    转贴自:https://news.html5.qq.com/share/6407400711552297282    点击数:37    更新时间:2019/10/30    文章录入:LA ]
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三维世界的怪胎,装不满的克莱因瓶,科学家穷尽一生也无法造出

创鹏科学堂 2019-08-05

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世界上本来有无数神秘的事物,只不过人们眼光短浅,不能看清它的整体面貌。但科学和宇宙探索永无止境,人们积极进取,不断开拓实践,争取早日揭开宇宙的奥秘,为人类的长远发展贡献出自己的一部分。

现在人们谈论最多的莫过于维度了,我们平凡的生活着,总是很好奇高维文明到底长什么样子,它们有什么神奇之处。殊不知,在数学家的努力下,总是会制造出一些违背常理的事物,有时候连制造者也不知道自己制造的事物的理论来源,可能大多数都是巧合吧。

有这么一种事物,从侧面看像一个平面,但把它立起来却像一只三维立体瓶。如果在里面装水,无论装多少都是无法装满的,在数学界,它称之为克莱因瓶。

克莱因瓶属于数学界的一大怪胎,一次偶然的机会,著名数学家克莱因发现了它,并展开了相关研究。经过无数个日夜的奋战,克莱因发现了一项自己都无法理解的结论:瓶子本身是封闭的,它的底部拥有一个洞,而且这种瓶子没有内外之分,从侧面来看,就像数学中的一条曲线,即使物体穿过的方向不同,但最后到达的终点都是一致的。

在数学中,克莱因瓶实际上就是一个定向的二维平面,虽然从不同的视角来看,我们可能会把它看做一个三维几何体,但它和传统的瓶子是不一样的,传统的瓶子如花瓶,在底部会有一个类似球体的形状,但克莱因瓶却找不到这点和众瓶相似的特性。

假设有生物进入克莱因瓶内,它可以从内部轻松的飞到外面,在这个过程中,并不会经过表面,因为瓶子不分内外,本身也没有瓶盖。从什么地方进去都是一样的效果。

数学中有一个叫做拓扑学的分支,在这里面,克莱因瓶也属于定向的。在传统意义上,一般的球状几何体都是取一个中心点,以中心点到周围的距离为范围,旋转一周形成的,但克莱因瓶却不是按常理出牌,它的瓶口和瓶身相交,瓶口上的某些点几乎占据了三维空间,按但它本身是无边界的,可以说,在这个瓶子里,只要能确保物体直径小于瓶底的口,那么就可以装无数个。

如果将克莱因瓶比作一个曲线,但它本身有多个点与自身相交。可以看作不同空间的曲线组成的混合物。

如此奇怪的事物属于我们人类所在的三维世界吗?有相关研究表明,克莱因瓶实际上属于四维空间的事物,为什么这么说呢?因为将克莱因展开来看,克莱因瓶实际上是浮空的结构,在瓶壁上是找不到它相交的痕迹,所以它很可能是先穿过四维空间,再与瓶子相交,从整体结构上来看,将水倒进去,它只会从另一个方向流出,而我们也找不到它的流出点在哪里,无论怎么装水,都不可能把这个瓶子装满。

自身相交是它的神奇之处,脑洞再大的科学家也无法将它造出来,就算是穷尽一生也做不到的,它的精妙之处是人类无法制造的。

在生活中,它的影子随处可见,尤其在建筑上、工业生产上,克莱因瓶作为几何美学的象征一直被人们关注。

  • 上一篇文章: 为什么我们造不出克莱因瓶?如果能制造,人类将变成什么样?

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