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从莫比乌斯圈和克莱因瓶说二维曲面与三维空间

(2019-01-08 11:37:40)
标签:

娱乐

教育

1856年德国的数学家莫比乌斯和约翰·李斯丁发现,把一根纸带扭转180度后将两头粘接起来,形成的一个圈具有魔术般地性质,1,它只有一个面;2,在纸圈宽度某一位置,延长度方向剪开后,仍然是一个圈,只是又多了一个环绕;3,依照上面的方法再次的剪开,则会分成两个圈,相互套在一起;4,如果以前方法再次剪开,或多次进行,则都会是形成相互套在一起的两个圈。这个扭曲180度后粘成的圈,就叫莫比乌斯圈。
到了1882年,德国的几何学家菲利克斯·克莱因设计出一个至今都无法制造的瓶子,他的设想是,如果一个瓶子的底部有一个洞,现在让瓶颈延伸并弯曲后,再从瓶身中穿过伸向瓶底部,并和瓶底的洞进行无缝连接。就形成了一个奇怪的瓶子——克莱因瓶。这个瓶子只有一个无定向的曲面,居然和莫比乌斯圈一样,都有一个无定向的曲面,
但这里两者的相似处到此为止,克莱因瓶是可以装液体的,莫比乌斯圈则没有这样的功效(除非你将它的一部分压成某种曲面);有人说,将克莱因瓶按一定的规律分开,就是两个莫比乌斯圈,它俩的区分仅是处处的曲率不同而已;对此,老夫不敢苟同,因为除了曲率,将克莱因瓶分开的仅是两个近似莫比乌斯圈的东东,因为存在一条平面的相交线。也有人说将两个莫比乌斯圈沿着对应的边粘合起来就是一个克莱因瓶,则更是无稽之谈,因为你无法生成那一条曲面相交生成的闭合曲线。
也有人说,克莱因瓶就是一个在三维空间中存在的的一个四维物体,还打一个比方,你无法在不打破鸡蛋的条件约束下,将鸡蛋内的蛋黄拿出来,而一只苍蝇可以不用通过瓶壁飞进飞出,就好比不打破鸡蛋能拿出蛋黄一样。老夫认为,这种比较的错误在于,鸡蛋的表面是一个三维空间的闭合面,它有内外不相交的两个表面,而克莱因瓶的表面仅有一个表面,所以克莱因瓶本身并没有内外表面之分。克莱因瓶能够盛液体和将莫比乌斯圈压弯后能盛液体的道理一样。
对于如何制造一个克莱因瓶,老夫觉得参考克莱因瓶的定义按以下的方法可行:取一根有弹性的管状物,将一头扭弯,并从管外壁的某处穿透一层管壁进入管内,拉出使两管头并齐并做无缝连接,然后将穿入部位形成的交线封闭。再将管头无缝连接处与压力泵密封连接,加压充气成型后,固化。一个克莱因瓶就成功了。
结论,在三维空间内,不允许任何四维空间的对应物存在。三维空间对应的是单一定向的一维时间,四维空间对应的应该是无定向的一维时间。克莱因瓶的不可制造只是技术不可行,而非理论不可行。

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