當建築藝術遇上莫比烏斯環

2020-12-20 新華社客戶端

中央紀委國家監委網站 張思思報導什麼是莫比烏斯環?它是一個既無起點也無終點,首尾銜接的完美閉環。最近,國內有一座橋引得人們爭相打卡,它就是位於成都的五岔子大橋。該橋為國內首座「莫比烏斯環」式異形拱橋,橋體分為主橋和副橋,主橋在上,連接兩岸綠道,可供自行車順利通過;副橋在下,市民可以停留觀賞風景。莫比烏斯環是什麼?它的發現對於我們有什麼意義?新近出版的《我們在四維空間可以做什麼》講述了有關莫比烏斯環的故事。

1858年,德國數學家莫比烏斯和利斯廷發現,把一張紙條扭轉180°後,兩頭再粘接起來做成的紙帶圈,具有魔術般的性質。普通紙帶具有正、反兩個面,兩個面可以塗成不同的顏色;而這種紙帶只有一個面,一隻小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣。這種紙帶被稱為莫比烏斯帶或莫比烏斯環。

眾所周知,人類生活在龐大的三維空間內,我們的所見所聞都是三維空間的產物,但實際上,隨著科學的發展,科學家發現,宇宙並不只有三維空間而已,宇宙一共可以劃分為11個維度空間,而人類其實一直處在三維空間內。對於空間的理解,科學家是這樣解釋的:第零維度空間其實是一個點,而宇宙在形成之前,它的初始狀態就是一個奇點,當這個奇點集聚了足夠多的能量之後,奇點發生爆炸,之後宇宙才得以產生,時間和空間才能形成。第一維度是一條無限延伸的線,第二維度是平面,而莫比烏斯環其實是一個需要在三維空間才能粘連起來的二維曲面。

莫比烏斯環的概念被廣泛應用在建築、藝術以及工業生產領域。在建築領域,除了前文提到的成都五岔子大橋,位於北京的鳳凰國際傳媒中心,其設計靈感也來源於莫比烏斯環。環繞該建築一周找不到交界點在哪裡,有界卻無邊,所有曲線在360°的空間連續循環,通過一個連續的、不斷變化的曲面將高聳的辦公樓和低矮的演播樓統一成一個封閉的整體。在藝術領域,一些設計品牌推出的指環等飾品都是莫比烏斯環概念的產物。在工業生產領域,以往的車站和工廠常用的傳送帶所使用的「常圈」結構,會導致傳送帶的一面出現較多的磨損。有人將傳送帶做成莫比烏斯環的形狀,使應力分布到「兩面」,成功將其使用周期延長了一倍。印表機的色帶其實也是莫比烏斯環結構。另外,遊樂園裡的過山車也是運用莫比烏斯環的特性,使得過山車可以在軌道兩面輕鬆通過。

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    公元1858年,德國數學家莫比烏斯發現一個扭轉180度後再兩頭粘接起來的紙條,具有魔術般的性質。與普通紙帶具有兩個面(雙側曲面)不同,這樣的紙帶只有一個面(單側曲面),一隻小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣,這一神奇的單面紙帶被稱為「莫比烏斯環」。
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