一個簡單的克萊因瓶,為什麼窮盡科技都造不出來?差了一維空間!

2020-12-11 星辰大海路上的種花家

前幾天給辦公室小妹幫忙換色帶,發現一個很有趣的現象,這條色帶轉了180度和另一頭對接,居然多此一舉還得在色帶框裡調整一下,但突然意識到這就是一個莫比烏斯環,色帶輪換一圈兩面都打了一遍。

很多朋友都不知道莫比烏斯環現實中有什麼用,色帶就完美的體現了它的用途!在我們所在的三維空間中,有兩個不屬於三維的存在,一個就是前文所說的莫比烏斯環,另一個就是和莫比烏斯環齊名的克萊因瓶!

克萊因瓶和莫比烏斯環到底有什麼區別?

莫比烏斯環可以現場製作一個,一條紙帶一頭轉180度和另一頭粘接,然後就形成了一個莫比烏斯環,這是德國數學家、天文學家莫比烏斯和約翰·李斯丁在1858年獨立發現的。

莫比烏斯環有幾個非常有趣的特性,在莫比烏斯環上只要朝著一個方形走,不需要回頭就能走過紙帶的兩邊,而且沿著莫比烏斯環的中間剪開並不會得到兩個莫比烏斯環,而是一個更大的扭了兩次的環(非莫比烏斯環),不信的話各位可以做一個自己剪開試試。

這是一個二維平面中扭曲形成的環,我們可以輕易看到它扭轉了180度,所以這都不是什麼事,因為我們在比二維更高的維度三維中觀測這類現象,完全在理解範圍內,如果二維也有文明的話,那麼它們將會在莫比烏斯環上迷失,怎麼都想不明白一直往前走還能回到原點。

莫比烏斯環只能在二維嗎?其實它可以在三維空間,不過到現在也無法證實三維中是否存在莫比烏斯空間,不過現象是可以想像的,在這個空間內,你一直朝著往前走,但走著走著就發現回到了原點,你肯定會認為遭遇鬼打牆了,但理論上莫比烏斯空間特性就是這樣。

也許很多人遭遇的鬼打牆,只不過是空間被錯誤扭曲後連接在了一起而已,假如真有發現,千萬別慌,掏出手機錄下來,也許能為科學家突破空間限制提供腦洞思維。

克萊因瓶又是什麼鬼?

克萊因瓶更神奇,它不是三維空間中的物品,但即使在三維中已經能表現出它非常有趣的特性,很多人會覺得筆者故弄玄虛,克萊因瓶在某寶上幾塊錢就能買到一個,還說不是三維空間中的物品,這不是開玩笑麼!

但事實上我們買到的克萊因瓶只是它在三維中的投影,什麼意思呢?因為三維空間中缺少一維克萊因瓶所需的維度,所以在三維中的克萊因瓶是無法展現的,因此各位買到的克萊因瓶就是個假冒貨,但在三維中又是不可能買到真正的克萊因瓶的。

真正的克萊因瓶是什麼樣的?

在三維中比較難描述克萊因瓶,因為在三維中展現的瓶子,所以大家都會以為克萊因瓶就是一個瓶子,但其實這個是一個嵌套空間,更準確的說,克萊因瓶在四維中不是一個瓶子,而是一個相互嵌套的空間,怎麼理解?

在三維空間中如果有一幢房子,假如你要進入房子的話必須進過門,或者窗戶,或者某個通向房內的通道,但如果是克萊因瓶空間就不一樣了,你只要一直朝著房子走,然後莫名其妙的就進入到了房子裡,卻沒有經過任何門和窗,甚至是你所能見到的隧道。

在三維中的克萊因瓶沒有內外之分,所以它也裝不滿水,總有部分空間是無法裝水的,所以加入你家的別墅是個克萊因瓶空間,那麼保證有很多人和動物會莫名其妙的闖進來,而且大家都一臉懵逼,是不是很可怕?

假如有一個能操控高維的文明,那麼我們三維中所有的建築都擋不住它們,因為將其弄成克萊因瓶空間即可,甚至直接在四維中的額外維進入這些建築,是不是很可怕?其實道理很容易理解,我們可以操控二維平面上的螞蟻,想怎樣就怎樣,四維對三維的操控其實也同樣。

四維是不是真的存在?

對於高維是否存在,大家肯定有話要說,科學家也不知道高維是否存在,但他們證明了高維整個基本作用力體系都會受到影響,三維空間中,電磁力和引力都和距離的平方成反比,但在四維空間中,卻是和距離的立方成正比,這種情況下你會發現一個問題,物體之間結合的電磁力將會縮小到無法維繫結構的程度。

同樣引力也想出現類似的變化,結果是什麼,這些物質都將變成一盤散沙!後果是可怕的,那麼表示高維將不再可能?其實也未必,因為對於空間的操控完全可以在三維中進行,只是我們現在對空間知之甚少,甚至只是將其作為無處不在,在其內部應用而已!

相關焦點

  • 為什麼我們能造出莫比烏斯環,卻造不出克萊因瓶?
    要說到人類世界,我們看到的或許不一定是真實的,而且人類,地球,太陽系在整個宇宙空間當中都是特別渺小的!隨著科技的發展,人們對於宇宙的認知越來越多,那麼也就會有人提出這樣一個問題,為什麼我們能夠造出莫比烏斯環,卻不能造出克萊因瓶呢?
  • 為什麼把整個大海的水都倒進去,也裝不滿克萊因瓶?
    在市場上,我們經常看到這樣的瓶子,它的名字叫克萊因瓶。但其實這並非是真正的克萊因瓶,在我們生活的世界裡永遠也不可能存在真正的克萊因瓶,因為克萊因瓶在現實生活中永遠也不可能被造出來。什麼是克萊因瓶在數學領域中,克萊因瓶是指一種無定向性的平面,比如二維平面,就沒有「內部」和「外部」之分。在拓撲學中,克萊因瓶是一個不可定向的拓撲空間。它最早是著名數學家菲立克斯·克萊因提出來的,但是克萊因的本意是, 「Kleinsche Flche」,也就是克萊因平面,沒有內部外部之分,但是後來傳成了克萊因瓶。
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    現在的克萊因瓶不過是一些模型而已,真正的克萊因瓶在我們所處的三維空間是無法被製造出來的。三維空間和四維空間還相差了一個維度,這在物理界和數學界都是無法突破的,就算是我們無法用一個平面製作出立體的球形一樣。
  • 生存在3維空間的人類,為什麼無法造出「克萊因瓶」?
    引言:有科學理論提出了宇宙最高有十一維度的觀點,而人類只存在於三維空間,且對於高維度的空間可以說是一無所知。然而人類能夠從數學的角度塑造出四維空間的物體,它就是克萊因瓶。但是科學家表示我們所看到的克萊因瓶並非真正的克萊因瓶,這是為什麼呢?
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    關於空間,除了我們生活的三維空間之外,還有零維、一維、二維以及理論上的四維空間和多維空間,在數學上我們還可以通過添加坐標的方式得到理論上無限多個維度。在空間的研究過程中,數學家和物理學家們提出過很多有趣的idea,例如莫比烏斯環和克萊因瓶。
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  • 數學界的神奇定律,莫比烏斯環和克萊因瓶,理解宇宙幾維空間?
    數學中有一個分支叫拓撲學,專門研究幾何圖形,圖形連續變換形狀時有特徵規律,莫比烏斯環和克萊因瓶就是很有趣的例子,大家可以一起研究其中的奧秘。莫比烏斯環是一個拓撲學,就是幾何學模型,當時由德國數學家莫比烏斯和約翰李斯丁提出。為了方便理解應用,把一張紙塗成不同的顏色,將紙一端扭轉180度,再與另一端相連,就形成了一個橢圓,也就是莫比烏斯環。
  • 莫比烏斯環和克萊因瓶,為何人類能輕易造出前者,後者不可以?
    莫比烏斯環和克萊因瓶,為何人類能輕易造出前者,後者不可以?人類是三維空間中的生物,普通的不能再普通了,因為我們對多維空間的理解大多停留在計算機模擬出的圖形中。認知有局限,無法破解其他維度的各種現象。很多市場中賣的克萊因瓶大多是假貨,以人類目前的能力,完全不可能製造出克萊因瓶,這到底是為什麼呢?莫比烏斯環和克萊因瓶,為何人類能輕易造出前者,後者不可以?為什麼人類這麼久造不出克萊因瓶?人類處於三維世界中,看到的物體是立體的,無法突破維度的限制,四維空間到底怎樣的方式存在呢?在科學界有著很大的爭議。
  • 克萊因瓶,一個永遠也無法裝滿水的「瓶子」?
    大家好,我是小編蝦仔,克萊因瓶,一個永遠也無法裝滿水的「瓶子」?它究竟是什麼東西呢?下面讓我們就來了解一下這個神秘的克萊因瓶。 在數學領域中,克萊因瓶是指一種無定向性的平面,比如二維平面,就沒有「內部」和「外部」之分。在拓撲學中,它是一個不可定向的拓撲空間。
  • 我們到底生活在幾維空間中?科學家:克萊因瓶已給出答案
    人類到底生活在哪個空間呢?大部分都人都肯定的回答,當然是三維空間了。一維空間、二維空間、三維空間分別代表的是一條線,一個平面,一個具有長度、寬度、高度的立體空間。而在我們所處的空間中,難道不正是三維空間嗎?顯然這就是我們大部分人所普遍的認知。
  • 為什麼能夠造出莫比烏斯環,卻無法造出克萊因瓶?大神給出解答!
    我們大家都知道,之所以維度這個概念到如今被很多人接受,是因為在我們的認知中就有存在的二維世界,相比較於我們所生活的三維世界相比,二維世界少了高度的概念,我們也一般將漫畫書和牆壁塗鴉的內容比作二維世界,因為在這個世界裡高緯度生物對於低緯度生物的存在相當於神明一般,那麼對於我們三維生物來說,四維空間中有什麼是我們所不能理解的呢?
  • 克萊因瓶或是四維空間的鑰匙,為何空間一共有11個維度?
    經典物理學對於時間和空間的描述並不準確,而在這之前,很長一段時間內科學家對時間和空間的描述都是模糊不清。直到19世紀末,我們觀察到了微觀世界的冰山一角,才意識到時間和空間沒有那麼簡單。愛因斯坦是現代時空觀的奠基人,他指出時間和空間是密不可分的。
  • 克萊因瓶是四維空間的莫比烏斯帶?科學家:有這種可能!
    克萊因瓶克萊因瓶是一個永遠無法裝滿水的瓶子,因為它並沒有瓶子的內外之分。而且最為重要的是,克萊因瓶只是一個概念,現實世界中並不存在,甚至這個瓶子還沒有足夠完善的理論支持!但這些並不妨礙這個瓶子成為科學家們的寵兒。
  • 「克萊因瓶」的原理是什麼為什麼那麼多人說克萊因瓶永遠裝不滿?
    克萊因瓶是由一名叫克萊因的數學家發現而命名的一個瓶子這個瓶子怎麼來的呢,相當於瓶子有一個洞,延長瓶子的頸部扭曲的進入瓶子內部,然後和底部洞相連,就形成了一個克萊因瓶,它有什麼特徵呢?在拓撲學中,它是一個不可定向的拓撲空間.什麼意思呢,我不說的那麼專業,否則很多人看不懂,我們拿球和輪胎作對比,球可以看作是一個圓繞圓心旋轉一周後得到,輪胎可以看作由一個圓繞空間一點旋轉一周得到,而克萊因瓶卻無法做到,我們發現雖然它是一個沒有內外之分的曲面構成,但它的瓶頸和瓶身是相交的,什麼意思,就是瓶頸上某些點佔據了三維空間的同一位置.注意它是一個與自身不相交的無邊界曲面
  • 著名的「克萊因瓶」是什麼?為什麼將地球上的水倒進去也裝不滿?
    那麼,高維空間又是什麼樣的呢?高維空間裡的物品又與我們三維空間的有哪些不同呢?今天,我們就來說說一個來自四維空間的瓶子的故事!所謂的來自四維空間的神秘瓶子,就是著名的克萊因瓶,這個瓶子的神奇之處在於,無論你怎麼向裡面裝多少水,這個瓶子都不會被裝滿。
  • 有多少人真正的了解莫比烏斯環和克萊因瓶
    有的自媒體說:莫比烏斯環沒有正反面,人們根本造不出來克萊因瓶因為它只存在於四維空間,克萊因瓶永遠裝不滿……這,真的是不加理解就拿來從別處聽來的話進行自我加工後再傳播。真的是誤人子弟,「毀」人不倦。什麼是克萊因瓶一個叫菲利克斯·克萊因(1849~1925)的德國數學家,在基於莫比烏斯環在三維下的延伸所做出來的一種假設:一個瓶子底部有一個洞,現在延長瓶子的頸部,並且扭曲地進入瓶子內部,然後和底部的洞相連接。這個物體沒有「邊」,它的表面不會終結。
  • 燒腦勿入:一個永遠裝不滿水的四維瓶子,克萊因瓶
    燒腦勿入:一個永遠裝不滿水的四維瓶子,克萊因瓶對於四維空間,人類的大腦並不能憑空想像,因為我們人類是三維生物,也沒見過四維空間,所以很多關於四維空間的描述,絕大多數都是科學家的想像,眾所周知,三維空間有三個方向,分別對應
  • 克萊因瓶-一個永遠裝不滿水的瓶子
    克萊因瓶本質上是莫比烏斯環的高級版本,可以稱之為三維的莫比烏斯環。想要了解克萊因瓶,我們先看看莫比烏斯環:莫比烏斯環如上圖所示,它就是一個扭曲了180°的二維平面,沒有內外之分。莫比烏斯環之所以具有如此神奇性質,關鍵就是利用第三個維度對紙面進行扭曲,如果沒有三維只有兩維,莫比烏斯環就不可能存在。現實中我們用一個紙帶,一端扭曲180°和另外一端連接就製作了一個莫比烏斯環。
  • 為什麼我們能造出莫比烏斯環,卻無法造出克萊因瓶?
    筆者-小文科學家認為宇宙中一共有21個維度空間,而對於普通人而言,從三維到零維度空間已經足夠人類使用了,更高維度的空間,人類目前只能在電腦上進行模擬,誰也無法將其在現實中還原出來,而克萊因瓶就是一個很好的例子。
  • 莫比烏斯帶vs克萊因瓶:它們區別在哪?為何一個存在一個不存在?
    莫比烏斯帶vs克萊因瓶:它們區別在哪?為何一個存在一個不存在?莫比烏斯帶和克萊因瓶,應該是許多了解一定科學知識的人,都非常熟悉的模型了。而這兩個模型也都是非常神奇的模型,如果各自用一句話來表述他們的特點,那麼就是:莫比烏斯帶沒有正反,而克萊因瓶沒有裡外。雖然莫比烏斯帶和克萊因瓶都是非常經典拓補學模型,但是在現實當中,這兩種東西卻不是全都存在的,我們能夠很輕鬆地製作出一條莫比烏斯帶,卻無法實現克萊因瓶,這是什麼原因呢?