生存在3維空間的人類,為什麼無法造出「克萊因瓶」?

2021-01-10 三體使者

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?

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?

現代物理中有一種名為「弦理論」的物理理論,該理論認為宇宙中最高存在11維空間,其中10維是空間維度,1維是時間維度。對於人類來說,高於三維的空間還是一個充滿未知的世界,也有不少科學家一直在研究這方面的問題。

從目前的研究結果來看,低維度的生物是無法跨越進入高維度空間,因為受到了空間的限制。但是人類在數學上創造性地發明了一種物體,它被認為是四維空間物體的典型代表,它就是克萊因瓶。

可能很多朋友都沒有聽過這種瓶子,如果上網搜這種瓶子的圖片,甚至還有類似實物的圖片出現。實際上科學家表示,這些仿真圖並非真正意義上的克萊因瓶,真正的克萊因瓶尚且還處於模型中,人類無法在三維空間將它製造出來。

一位名為菲利克斯·克萊因的德國數學家在十八世紀末期就提出了這種四維物體的概念,並且將其命名為「克萊因瓶」。根據菲利克斯對於克萊因瓶最原始的定義,它是一種沒有定向性的物體,換句話說就是瓶子並沒有內外部之分。

而且如果有一隻螞蟻在克萊因瓶上行走的話,它並不需要穿越任何界面就能夠將瓶子的所有表面都走一遍。這就是克萊因瓶的神奇之處,也是四維物體的神秘之處。

但是從網上的一些概念圖來看,克萊因瓶的瓶口和瓶底是相連通的,看起來也沒有內外部之分。但是科學家表示,這些概念圖是四維物體在三維空間所表示出來的,它們在四維空間真正的模型不是這樣子的。那麼克萊因瓶在四維空間是什麼樣的呢?

這裡可以拿一種著名的帶子來說明一下,它就是麥比烏斯帶。從圖片上看麥比烏斯帶是一條封閉的帶子,如果右一個小人在帶子的一個面上行走的話,當他完一圈之後會發現自己已經走過了帶子的所有平面,而不是單純只走了一個平面,這在數學上是一種十分有趣的拓撲圖形。

科學家提出了克萊因瓶無法在三維世界展示的原因,因為它本是屬於四維空間,所遵循的規則也是四維空間的,強行讓它出現在三維空間是行不通的。即使能夠讓它出現在三維空間,也一定會破壞它的平面完整性,實際上它就已經變成了另一種物體,而不再是原來嚴格意義上的克萊因瓶。

一直以來人類想要尋找進入更高維度空間的入口,但從目前的研究情況來看仍然沒有實質性的進展。或許未來人類能夠在克萊因瓶身上找到關鍵的突破口,實現四維空間的跨越。你認為人類進入四維空間將會是怎樣的呢?

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    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。就拿螞蟻來說,螞蟻是生活在二維空間中的生物,他們眼中的人類與我們眼中的螞蟻是截然不同的,不過螞蟻卻擁有非常難得的品性,它們極為團結。我們經常能看到成群結隊的螞蟻在搬弄食物,甚至還會去逗一逗它。雖然在人類眼中它渺小的不起眼,但螞蟻同樣也是自然界中的一員。二維空間和四維空間的差距甚大,人類能夠輕易製造出二維空間中的莫比烏斯環,卻無法造出克萊因瓶。
  • 為什麼我們能造出莫比烏斯環?卻無法造出克萊因瓶?
    從9維到四維的空間描述,在三維以及之前都非常容易理解,因為我們就在三維空間,但三維之上就有些摸不著頭腦了,因為無法直觀的看到,只能根據投影在然後在腦補出來,對於空間想像能力比較差的朋友可能就有些問題了!
  • 我們能輕易造出莫比烏斯環,為何卻無法製造克萊因瓶?
    根據相關說法,莫比烏斯環是解釋二維世界存在的最佳工具,而著名的克萊因瓶則屬於四維空間。以至於有科學家表示,人類永遠都無法製造出真正的克萊因瓶。因此人們十分疑惑,如果說人類無法製造出克萊因瓶,為什麼網絡上仍然流傳著相關圖片呢?難道世界上不存在克萊因瓶的實物嗎?
  • 著名的「克萊因瓶」有多詭異?為什麼科學家窮其一生也無法造出
    簡單就說一維空間線,二維空間面,三維空間就是我們所熟悉的體,也就是我們所存在的這個世界。而從二維度的生物的視角看三維度,三維的的生物都會成為平面,那麼四維空間又是什麼呢?著名的「克萊因瓶」有多詭異?為什麼科學家窮其一生也無法造出?
  • 科學家為什麼無法造出克萊因瓶?或因它是另一維度空間的產物
    我們生活在三維空間,所見的一切物體都能夠用長、寬、高來測量和描述,而維度的概念在近年來才漸漸得到了完善,多維空間對我們來說只停留於學術層面。在此基礎上,科學家們曾經對二維空間進行過一定的研究,並且提出了莫比烏斯帶這種奇特的物體。
  • 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。
  • 著名的「克萊因瓶」有多難?科學家窮其一生也無法造出
    隨著科學技術的進步,很多原來以為不可能的東西,都能夠被造出來,但是世界上依舊有些現象和未知,人類目前無能為力,甚至有些東西可以明確的說科學家窮盡一生也無法造出,因為它涉及的是更高維度的科學,著名的克萊因瓶就是其中之一,科學家窮盡一生也難以將其造出,它的形象只能存在人們的想像和描述當中。
  • 科學家耗盡一生,也無法造成克萊因瓶,是被什麼限制了?
    科學家耗盡一生,也無法造成克萊因瓶,是被什麼限制了?人類是長期生活在三維空間的生命體,對看到的事物都有一定的辨別能力,維度是一種非常神奇的東西,沒有一個人對它有清晰的認知和直觀的概念,不同維度空間看到的事物也是不同的。
  • 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?
    他最初的瓶子又叫做「克萊因平面」,並不是個瓶子,後來為了方便普通人理解,就變成了一個並不存在的瓶子。從物理學上說,克萊因瓶本質上是個三維概念物,因此只能夠存在於四維空間。我們可以類比莫比烏斯環,它是個二維概念物,只能夠存在於三維空間。為了便於直觀了解,在三維空間中出現的克萊因瓶總是呈現出自己與自己相交的樣子,但是真實的克萊因瓶的瓶頸是穿過四維空間再和瓶底圈連的,並不會穿過瓶身。
  • 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。
  • 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。
  • 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
  • 為什麼把整個大海的水都倒進去,也裝不滿克萊因瓶?
    克萊因瓶在現實生活中是無法實現的,現在我們所看到的克萊因瓶其實都是假貨,你會發現我們看見的克萊因瓶必然跟自身相交,用數學的語言說,這樣得到的克萊因瓶在三維中的實現是克萊因瓶在三維空間中的浸入(immersion)。但事實上真正的克萊因瓶,它的瓶頸是通過第四維和瓶底相接的,並不需要穿過自身,並不會和自身相交。
  • 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。
  • 克萊因瓶為何詭異?在三維空間造不出來,為啥市面上還有賣這個瓶
    而就在人類在不斷探索宇宙的過程中,不僅造出了很多的高科技設備,也創造出了在三維空間無法製造的物品,克萊因瓶就是人類在探索宇宙的過程中創造出來的物品。雖然目前人類科技水平同工業革命之前相比,已經有了飛躍性的提升,但是目前人類還無法製造出克萊因瓶。
  • 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?
    0維是個無限小的點,1維是條無限長的線,只有長度沒有實體。2維就是平面,3維就是我們身處的立體空間。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。
  • 著名的「克萊因瓶」有多詭異?為何科學家窮其一生也無法造出?
    著名的「克萊因瓶」有多詭異?為何科學家窮其一生也無法造出?說起維度這個詞,可能很多人還是一頭霧水,完全不知道維度是什麼。準確的說,這是自然界生物看待另一種事物的方式,可能人類對這些生物的世界還不夠了解。在科學界,克萊因瓶絕對是「神奇」的存在,據說這就跟第四維度有關係。
  • 你知道克萊因瓶究竟是什麼嗎? 它竟不可以裝水?
    這麼想的話你就大錯特錯了,因為克萊因瓶並不是你所認為的普普通通的那種瓶子,這和黃油貓悖論、上帝悖論以及烏鴉悖論有些相似,下面我們一起來看看克萊因瓶到底是什麼。看看它有什麼奧秘!1.你知道克萊因瓶是什麼嗎?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。
  • 一個簡單的克萊因瓶,為什麼窮盡科技都無法製造?差了一維空間
    準確的說現在市面上出售的克萊因瓶都是切切實實的假貨,這一點是毋庸置疑的,因為真正的克萊因瓶是一個四維產物,在三維空間中是看到的只是它的投影,而我們製造出來的則完全是那個投影的1:1復刻,即使做得再精美它也是個縮水貨!