「鬼打牆」的原理是什麼？最好的解釋是英國數學家的一幅畫

歷史家的任務在於區別真實的和虛假的，確定的和不確定的，以及可疑的和不能夠接受的。——歌德（德）

無論是在書籍中，還是在日常生活中，相信很多人都聽說過「鬼打牆」的現象。鬼打牆，又稱鬼砌牆、鬼擋牆，是一個人夜裡出行時發生的迷路現象。一般情況下，鬼打牆都發生在人煙稀少的地方，當事人像著了「魔」似的在原地打轉，仿佛走進迷宮一樣，直到天亮時才能逃脫。



同樣，在西方國家，鬼打牆的現象也時有發生，英國數學家羅傑·彭羅斯不信邪，經過不斷研究，終於在1958年通過鬼打牆的現象，推導出彭羅斯階梯理論。彭羅斯階梯（PenroseLadder），一個幾何悖論，指的是總是向上或向下，但永遠走不到盡頭的階梯。你為什麼不能走到最後？因為一個人永遠找不到梯子上的最高點和最低點。



彭羅斯梯子是真的嗎？科學家解釋說，在三維空間中，彭羅斯階梯並不存在，而我們之所以認為它存在，只是由於視覺上的誤差。然而，一旦彭羅斯階梯被放置在一個更高的空間，它是真實的。類似彭羅斯臺階原理的東西還有很多，莫比烏斯環就是其中之一，而且它誕生於1858年，不知比彭羅斯臺階早了多少年。



莫比烏斯環是一種只有一個面（曲面）和一個邊界的拓撲結構。其實，大家都接觸過莫比烏斯環，只要用紙膠帶轉半圈後，再將兩端粘好，就可以輕鬆製作。不過，莫比烏斯環是一種在三維空間中很容易實現的結構，雖然存在一定的視覺誤差，但它仍然比彭羅斯階梯更接近生活。



彭羅斯樓梯的空間，直白地說，是視覺上不可能的空間，正式地說，是埃舍爾矛盾的空間。因為矛盾空間在三維世界中是不存在的，人眼看到的圖案都是通過三維圖像在二維平面中的表現特徵，從而建立起一種視覺上的誤導畫面，認為空間存在於平面中，在三維世界中無法還原。簡單地說，就是利用光與影的視覺感知，讓人誤以為平面圖形是立體的三維形式。



鬼打牆也是如此，一般來說，生物運動的本質是圓周運動，在沒有目標的情況下，如果人的眼睛被遮住，一直往前走，最後會走出一個大圓。人的兩腿之間，有長度和力量的細微差別，就像彭羅斯的臺階，雖然看起來是上下行走，但實際上是在一個平面上行走。



人類之所以能走直線，是因為大腦通過眼睛不斷校正方向，把差距控制在一定範圍內，自然走出直線。對於遇到鬼碰壁的人，只要你給他一束光，他就會瞬間清醒。