克萊因瓶與莫比烏斯環有什麼聯繫?它們是破解宇宙邊界之謎的關鍵

2020-12-04 騰訊網

人們常說宇宙無邊無際，在中國古代詞彙的解釋中，宇宙意味著空間上的無邊無際和時間上的永恆。這個概念十分深奧，我們現有的科學技術無法解釋，因此人們才渴望早日揭開這個謎底。

實際上，根據科學家們掌握的相關探索數據可知，138億年的宇宙一直在不斷膨脹，並且可視範圍達到了920億光年，完全超過了人們的想像，用無邊無際來形容也並不過分。

人類歷史上飛得最遠的探測器就是「旅行者系列」，但是它們經過了半個多世紀的飛行才只飛出了太陽系，距離飛出銀河系還有很長的距離，更不要說飛出宇宙了。因此人們十分好奇，宇宙的邊界究竟在哪裡？而有觀點認為，克萊因瓶和莫比烏斯環或許能夠為我們揭開謎底。

克萊因瓶作為數學家克萊因的重要發現，人們用他的名字來為這個特殊的物體命名。實際上，克萊因瓶是一個無定向的平面物體，沒有內外之分，也就沒有所謂的邊界，在一定程度上與球面類似，但又有明顯的差異。

科學家們表示，如果一個蒼蠅從克萊因瓶中飛過，不用經過任何屏障就能夠從內部飛向表面，因為瓶子本身就沒有內外之分，看起來就像一個扭曲的瓶子。

實際上，真正的克萊因瓶並不能通過現代工業製造出來，只能在計算機中構建出相關模型。如果宇宙的形狀類似於克萊因瓶，也就能夠解釋為什麼我們的探索之旅沒有盡頭了，人類始終找不到宇宙的邊界，也就無法飛出宇宙。

如果用另一種簡單的形式來解釋的話，莫比烏斯環同樣可以作為模板，這個沒有正反面的環狀物體，在二維和三維空間裡切換自如。正如宇宙擁有多個維度，我們始終無法確認它究竟是幾維空間，如果一直用三維的視角去看它，或許我們永遠都找不到宇宙的邊界。

科學的魅力是無窮的，人們也試圖通過相關模型來開拓思維，如果一直用局限的眼光看待宇宙，很多問題都無法解決。克萊因瓶和莫比烏斯環的存在恰恰向我們證明，只有轉換新的思路，我們才有可能揭開宇宙的謎團。總有一天我們會到達真正的邊界，直到飛出宇宙，找到新的天地。

筆者：三體-小遙

相關焦點

  • 克萊因瓶是什麼?為什麼身處三維空間的我們沒法製造出它來?
    和數學上的點動成線、線動成面、面動成體有異曲同工之妙。如果按照這樣的思路推理，那四維空間就是三維空間「動起來」的結果，一般認為就是物體可以在時間線上運動轉移。所以四維空間十分的神秘，現在還無法觸摸到它。而在科學家們摸索四維空間的過程中，他們提出了克萊因瓶這個神奇的瓶子。克萊因瓶可以當作是莫比烏斯環的升級版，所以閒雲先來說說莫比烏斯環。
  • 克萊因瓶是四維空間的莫比烏斯帶?科學家:有這種可能!
    作為兩個最出名的科學結構，無論是莫比烏斯環還是克萊因瓶似乎都蘊含著我們無法解釋的原理，許多科學家認為這甚至是宇宙的本質，他們相信只要能夠理解這兩種結構，宇宙的概念將會更加清晰。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。
  • 為什麼我們能造出莫比烏斯環？卻無法造出克萊因瓶？
    一、莫比烏斯環是什麼？但種花家有個問題，為什麼叫莫比烏斯環而不是叫約翰·李斯丁環呢？哪位留言回答下！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！
  • 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。
  • 克萊因瓶可以證明四維空間的存在嗎?
    理想中的克萊因瓶可以讓我們更好的理解四維空間，數學上也允許四維空間的存在，甚至M理論還主張宇宙是11維度的，在此之前的弦理論認為宇宙是25維的。所以說這些都是數學上的遊戲，目前沒有任何證據表明四維空間的存在。
  • 「克萊因瓶」永遠裝不滿的瓶子?
    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。如果沿著莫比烏斯環的一點一直走，可以直接把這個環走一圈，而不必像一般的圓環一樣，必須翻閱一面的邊界進入另外一面才能夠走完所有的面。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。
  • 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。如果沿著莫比烏斯環的一點一直走，可以直接把這個環走一圈，而不必像一般的圓環一樣，必須翻閱一面的邊界進入另外一面才能夠走完所有的面。
  • 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?
    數學是很深奧的學科，複雜多樣的公式和定律，讓很多人為之探索，其學習數學是很有趣的事情，喜歡數學的人，都會找到樂趣。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。
  • 三維平面和四維瓶子——剪開莫比烏斯環
    沿著中線把莫比烏斯環剪開，不會得到兩個莫比烏斯環，而是一個有兩面的環。原因很簡單：剪的動作增加了一條邊界。由此得到的表面是一整塊——上下兩邊總是一樣長，但有兩條邊界！如果沿著中線把莫比烏斯環剪開，得到的形狀有兩條邊界，一條是原來莫比烏斯環的邊界（紅、藍色），另一條是剪開線（黑色）。
  • 有多少人真正的了解莫比烏斯環和克萊因瓶
    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。
  • 為什麼製作不出克萊因瓶?
    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。
  • 著名的「克萊因瓶」是什麼？簡直與黑洞一樣的存在
    ，沒有內部外部之分，但後來傳成了克萊因瓶。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。無論從什麼地方穿透曲面，到達之處依然在瓶的外面，它本質上就是一個「有外無內」的古怪東西。
  • 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!
    其實儘管現在人類認為我們已經掌握了整個地球上將近10成的資源利用能力，但是實際在這個世界上依舊存在著不少科學謎團和未解之謎，其中有關於維度世界的討論是近些年來很多人都在熱議的話題之一，而有關於宇宙維度的劇情電影，也成為了漫威十幾年間能夠逐漸崛起的一個很關鍵願意
  • 關於四維空間：你聽過克萊因瓶嗎？
    前言最近和朋友聊起關於空間的概念，其中說到，宇宙有沒有邊，天外有天，外面的外面到底又是什麼，關於海洋，關於各種生物如「美人魚」到底有沒有？等話題。，克萊因瓶無疑也是一種奇葩般的存在，但和莫比烏斯環可以在三維空間中完美呈現不一樣，我們看到的克萊因瓶只是真正的克萊因瓶在三維空間中的投影而已，因為要完美體現克萊因瓶，需要額外的一維空間！
  • 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？
  • 克萊因瓶的原理是什麼?為何說它永遠裝不滿?科學解答真相!
    克萊因瓶到底是什麼？為什麼說它永遠都裝不滿呢？今天小智就帶著大家去了解一下克萊因瓶的原理？它的存在給人類帶來了什麼影響呢？克萊因瓶在數學領域中是指一種無定向的平面，比如二維空間，就沒有「內部」和「外部」之分。在拓補學中，克萊因瓶就是一個不可定向的拓撲空間。
  • 克萊因瓶有多神奇？為何科學家直言，人類永遠也造不出它？
    地球上有很多神奇的物質，它們的出現原因，受到科學界的非議，早已超乎人類的認知範圍。大家聽說過克萊因瓶嗎？1、很多人認為克萊因瓶有邊也有面，這樣的理解其實是錯誤的它比我們想像中的複雜多了。市面上有許多賣家賣克萊因瓶，它們並不是真正意義上的克萊因瓶，真的克萊因瓶以人類的技術是難以製造出來的，因為它是一種超自然的物質，與球面是不同的，如果一隻蒼蠅從瓶子內部可以直接飛到外部，無需穿過表面，也就是說它並沒有內外之分，這就是它的神奇之處。克萊因瓶有多神奇？
  • 克萊因瓶
    如果莫比烏斯帶能夠完美的展現一個「二維空間中一維可無限擴展之空間模型」的話，那麼「三維空間中二維可無限擴展之空間模型」由什麼數學模型來展現呢
  • 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？
  • 宇宙是一個巨大的克萊因瓶?還真有這種可能性!
    數學理論中存在的克萊因瓶在數學領域中，克萊因瓶指的是一種無定向性的平面，它並沒有內部和外部之分！簡單來說，我們可以理解為一個瓶子底部有一個洞，我們將這個瓶子的頸部進行延伸，將其扭曲地連接到瓶子的內部，和瓶子底部的洞相連，這樣形成的幾何體便是克萊因瓶。值得一提的是，目前為止，克萊因瓶在現實世界中並不存在，它只存在於科學家的理論以及電腦建立的模型中！