為什麼製作不出克萊因瓶?

2021-01-10 科學黑洞

真正的克萊因瓶是製作不出來的,只有在四維空間中克萊因瓶才能完整的體現出來。所以說克萊因瓶可能永遠都做不出來。

再說克萊因瓶之前我們可以簡單了解一下莫比烏斯帶,因為克萊因瓶是它的升級版。莫比烏斯帶是1858年由德國數學家莫比烏斯發現並提出這個概念,製作也非常簡單,把一張紙條扭轉180度之後,兩頭粘在一起形成一個環狀。就是這個環藏著特殊的性質,它只有一個面,假如把一隻螞蟻放在上邊爬一圈,它可以經過這個環的所有面。

莫比烏斯環展現的是在二維平面上一種無限的拓展性,但是莫比烏斯環只能在三維空間中製作出來。那麼它的升級版克萊因瓶表現的是無定向的平面,這個瓶子沒有內外之分,但是它只能在四維空間中展現出來。三維空間中的克萊因瓶瓶頸和瓶身是有交集的,而真正的克萊因瓶需要額外的一個空間維度,避免這種交集的存在。

但是目前關於高維空間無法確定其真實存在,發展於上個世紀的弦理論是專門研究高維空間的,最初的弦理論又被稱為玻色弦理論認為宇宙是26維時空的,而隨著超對稱的加入變成超弦論論認為宇宙是10維時空的,最後隨著整合變成了M理論認為宇宙是11維時空的。其中有四個維度在宏觀世界中體現,也就是我們感知到的四維時空,而剩下的七個空間維度全部蜷縮在微觀世界,並且是在普朗克尺寸之下,目前的技術根本探測不到。

但是要想驗證弦理論首先就是要找到超對稱粒子,中國要建造大型粒子對撞機可能就有這個科學目的,尋找超對稱粒子和研究希格斯粒子的性質,這幾乎是高能粒子物理領域的共有科學目標了。

文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。

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  • 克萊因瓶
    在數學領域中,克萊因瓶(Klein bottle)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(Klein Bottle)是一個不可定向的拓撲空間。克萊因瓶最初由德國幾何學大家菲立克斯·克萊因 (Felix Klein) 提出。
  • 為什麼克萊因瓶造不出?看起來很容易!因為缺一關鍵的第四維!
    對於克萊因瓶的說法,現在流行的有兩種,一種是認為克萊因瓶不就是一個玻璃製品麼,怎麼就造不出來了?另一種說法是克萊因瓶是一個四維物體,我們三維中造出來的僅僅是個模型而已,得其原理和得不到精髓,到底哪個正確?
  • 為什麼在我們三維空間中,無法製造出克萊因瓶?
    數學中的克萊因瓶是四維空間的事物,無法在我們三維空間中展現。我們平常看見的克萊因瓶(如下圖),其實並非真正意義的克萊因瓶;克萊因瓶是德國數學家菲立克斯·克萊因,在1882年提出來的。在數學中,克萊因瓶是無定向性的平面,沒有內部和外部之分,因為瓶子表面的物體,可以自由行走在瓶子的所有表面,而不需要越過任何邊界。
  • 「克萊因瓶」永遠裝不滿的瓶子?
    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。而克萊因瓶就是這種瓶子:其實是一個圓柱體,它的一端通過在第四維扭曲180°和另外一端相連,這樣這個圓柱體就沒有了內外之分。我們進入克萊因瓶後,可以進入第四維空間,然後再從四維中出來(還是入口處,下圖),沿著整個瓶子可以走一圈。三維中無法畫出或者製作出這種圓柱體,故而形象地用一個瓶子做了對比。而且由於沒有內外之分,倒入瓶子的水,進去之後轉一圈還會再次從瓶口出來,神奇的緊。
  • 為什麼說克萊因瓶造不出來?它實際上是四維空間中的一個扭曲的面
    克萊因瓶看起來就是三維空間的一個大奇葩,之所以裝不滿水是因為克萊因瓶本身是封閉的,其底部有一個洞,而且克萊因瓶是沒有內外之分的。從側面看,就是一條曲線,即便物體穿過的方向不同,最後到達的終點都是一樣的。所以說克萊因瓶的瓶頸是就是四維空間,然後和瓶底圈連起來的,不穿過瓶壁。
  • 從克萊因瓶到戰鬥機透視內部結構圖
    我造出了克萊因瓶!上傳到了SimplePlanes的官方網站,網址就不貼了,直接搜Klein bottle或者從我號VChart下面查找所有模型就可以看見了克萊因瓶有什麼特別的?仔細看它的形狀,瓶子不區分裡面外面兩個表面,如果一隻螞蟻,從外表面往一個方向不拐彎一直爬,最後會爬到裡面去!
  • 有人說克萊因瓶製造不出來?那市場上出現的克萊因瓶又是什麼?
    我們日常生活中看到的「克萊因瓶」實際上是真正的「克萊因瓶」在三維空間中的類似,要想完美的呈現出克萊因瓶需要額外的一個空間維度。而克萊因瓶在三維空間中它的瓶頸和瓶身是相交的,這意味著某些位置佔據了一個空間維度。
  • 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。這是一個三維概念物,所以它只能存在於四維空間,是不可能嵌入三維空間中的,如果我們一定要將它展現在三維空間的話,它的瓶頸只能穿過自身,這是三維空間無法順利表達它的妥協之舉,但這就違反了克萊因瓶的定義,所以市場上的克萊因瓶都是假的。
  • 網上說的克萊因瓶,目前為止還製造不出來,那市面上的克萊因瓶是真...
    和我們平時用來喝水的杯子不一樣,這個物體沒有「邊」,它的表面不會終結。它和球面不同 ,一隻蒼蠅可以從瓶子的內部直接飛到外部而不用穿過表面,即它沒有內外之分。正是因為如此,克萊因瓶是永遠裝不滿水的。 所以它最初的命名是 「Kleinsche Fläche」,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。
  • 為什麼我們永遠也造不出克萊因瓶?它是通往四維空間的工具嗎?
    大家平時看到的現實版克萊因瓶都不是真實的,都是簡化版。那克萊因瓶的具體結構到底是怎樣的呢?我們可以這樣描述: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。在數學領域裡,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。就像一條足夠長的蛇,它不停地吃自己的尾巴,一直吃,遲到最後是什麼樣子?所以,大家應該能夠理解這種瓶子,並且能夠進行一定程度想像,但是我們卻想不出它完整的幾何結構1882年,德國數學家菲利克斯·克萊因首先在理論上發現了這種瓶子,因此億他的名字命名。
  • 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。
  • 一個高緯度的科學猜想,克萊因瓶,永遠也裝不滿的瓶子
    說到克萊因瓶,很多人都聽過克萊因瓶,就算是四大洋的水也裝不滿,也可以說克萊因瓶是一個永遠也裝不滿的瓶子。那麼克萊因瓶到底是什麼樣的呢?讓我們一起來了解一下吧。自此之後,克萊因瓶就影響了整個世界,在數學領域,是指一種無定向性的平面。在拓撲學中是一個不可定向的拓撲空間。克萊因瓶的底部有一個洞延長到瓶子的頸部,而且扭曲的進入瓶子的內部,然後和底部的洞相連接。和我們平時用來喝水的杯子當然不一樣,這個瓶子,它的表面不會終結,並且也沒有內外之分。
  • 一個高緯度的科學猜想,克萊因瓶,永遠也裝不滿的瓶子
    說到克萊因瓶,很多人都聽過克萊因瓶,就算是四大洋的水也裝不滿,也可以說克萊因瓶是一個永遠也裝不滿的瓶子。那麼克萊因瓶到底是什麼樣的呢?讓我們一起來了解一下吧。1882年的時候,德國科學家菲利克斯.克萊因發現了一個影響深遠的瓶子,那就是克萊因瓶。自此之後,克萊因瓶就影響了整個世界,在數學領域,是指一種無定向性的平面。在拓撲學中是一個不可定向的拓撲空間。克萊因瓶的底部有一個洞延長到瓶子的頸部,而且扭曲的進入瓶子的內部,然後和底部的洞相連接。
  • 科學家:克萊因瓶已給出答案
    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。但是近日有科學家提出,人類只不過是暫時存活在三維空間,或者說我們還沒有意識到自己實際上已經存活在較高的維度當中了,也就是所謂「當局者迷」,而我們活在四維空間的可能性是非常大的。
  • 為什麼我們能造出莫比烏斯環?卻無法造出克萊因瓶?
    二、克萊因瓶是什麼?克萊因瓶是德國幾何學大家菲立克斯·克萊因發現的,一個嵌套自身的連續拓撲空間,它的表面沒有邊,不會終結,也沒有內外之分!我們可以製造出這樣的容器,也似乎看起來也不難理解!就像一個球體穿過一個二維平面,在上面投影只有不斷變大小的圓面而已,根本不可能看到一個球體,克萊因瓶也一樣,它是一個四維超空間拓撲體,沒有更高維度的支持,我們對克萊因瓶的永遠只能停留在想像階段!
  • 生存在3維空間的人類,為什麼無法造出「克萊因瓶」?
    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?眾所周知,我們生存在具有長、寬、高三個維度的空間裡,這就是三維空間,也被人類稱為立體空間。在三維空間以下還有二維、一維和零維空間,以上也有四維甚至更高維度的空間。那麼宇宙最多存在多少維度呢?
  • 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!
    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?
  • 宇宙是一個巨大的克萊因瓶?還真有這種可能性!
    在科學家的理論世界裡面,存在著一種非常神奇的東西——克萊因瓶。在1882年,著名數學家菲利克斯·克萊因 (Felix Klein) 發現了這種在理論中存在的神奇幾何體,後來的人們便以其名字為這個幾何體命名為克萊因瓶。
  • 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。
  • 克萊因瓶的宇宙有25維,人類進入,或將無限循環或將「魂飛魄散」
    知道莫比烏斯帶的人,也一定知道克萊因瓶,這兩個都是非常經典的拓補學模型,一個沒有正反,一個沒有裡外,但為何我們能夠輕鬆的製作出一條莫比烏斯帶,卻無法實現克萊因瓶,這是為什麼呢?我們先來了解一下克萊因瓶,它大概可以描述為:瓶子有一個洞,延長瓶子的頸部扭曲進入內部,繼而和底部洞口相連,這就是完整的克萊因瓶。一旦有物體進入,就不會從原入口出來,因此它又被稱為「永遠裝不滿的瓶子」。科學家認為這種現象已經不適合三維空間的法則了,因為它在四維空間遭受了扭曲,才會導致瓶口和瓶底相連。