我們的人生甚至整個世界會不會是一個死循環?——莫比烏斯環

2020-12-06 蘇格拉有頂

下圖中這張著名的梯子想必很多人都見過,它首尾相連,從視覺上看,似乎沒有什麼漏洞,但是你卻永遠走不到頭。它被稱為彭羅斯階梯,是一個著名的幾何學悖論,在現實中,根本無法存在這樣的梯子。它違反了科學,幾個正數相加,不可能等於零,那麼只要臺階不是平的,首尾就永遠會有高度差。

彭羅斯階梯

但這些都是基於三維空間的,在三維空間中,這個梯子就是悖論!那麼有沒有可能真的存在這樣的梯子呢?下面我們就來分析一下。

莫比烏斯環

這個環看似簡單,每個人都能做出來,但卻讓人細思極恐。什麼是莫比烏斯環呢?他是德國數學家莫比烏斯發現的,他將把一根紙條扭轉180°後,兩頭再粘接起來,就形成了如下圖中的一個環。為了看清楚神奇的事,我們可以將這張紙的正面和反面分別圖上不同顏色,再扭轉後粘接。神奇的一幕出現了,如果一直螞蟻從任意一點出發,那麼它一直沿著紙帶爬行,會回到自己的起點,而且它完整經過了一張紙的正反兩面!

莫比烏斯環

它不同於一個圓,如果紙帶彎成圓環狀的話,螞蟻也能從起點出發回到起點,但是它爬過的都是一個面。而莫比烏斯環卻經歷了一個面的正反面。假如我們將這個莫比烏斯環放大得很大很大,那麼在這個平面上的生物就會以為這個面就是一個平面。他們中有一群智慧超群的螞蟻,開啟了大陸地時代,通過一個叫「螞哲倫」的天才環世界旅行,證明了原來他們的世界是一個環形的!

可惜,他們沒有注意到居然還有莫比烏斯環這樣的存在。這個時候,肯定有幾隻頭腦異常的螞蟻發現,那往垂直於紙帶的方向走呢?不是立馬就走到「世界的邊緣」了?別擔心,可怕的三維生物早就想到了!

克萊因瓶

莫比烏斯環僅僅是平面的一個方向形成了神奇的平面世界,但是往垂直方向就馬上不行了,而克萊因瓶的出現,就徹底將一個平面完全給連起來了。如下圖就是克萊因瓶,它由德國幾何學大師菲立克斯·克萊因提出,這個神奇的瓶子,整體構成居然就是一個面,假如一隻螞蟻沿著平面爬,它看起來進入了瓶子的裡面,但是繞了一圈之後,它會驚奇的發現,這個瓶子的內外居然是連通的,換句話說,它沒有內外之分!

克萊因瓶

如果他們發明了羅盤,能夠認準方向,那從瓶子上的任意一點出發,繞了一圈之後還是會回到原來的地方。無論什麼方向出發都行。這個時候,螞蟻世界中懷疑「螞哲倫」的先知們通過實驗終於相信,這個平面世界是圓的!

可惜,他們完全沒想到,他們居然走遍了這個平面的正反兩面,有那麼一剎那,兩隻螞蟻在同一個位置,但是一個在平面的上面,一個在平面的下面。這是因為螞蟻並不是真正的二維生物,如果真的是二維生物的話,那麼這個生物本身就是一個平面,它在正反兩個世界,其實是完全相反的!

扭曲的三維世界

莫比烏斯環和克萊因瓶都已經被製造出來,是真實可行的。那是因為我們是三維生物,我們能夠理解二維平面這種複雜的結構。我們大膽設想一下,我們的三維空間,會不會也有類似的結構!只是我們這種三維的生物根本無法想像,而四維生物其實看得一清二楚。

在那個可怕的三維空間中,我們怎麼走也無法走出去。而且三維空間的「正反面」也是常人無法想像的。(至少我想不出來三維空間有沒有類似二維的「正反面」)回到一開始的彭羅斯階梯,這種死循環可能在三維裡是不存在的,但是四維中,可能真實存在!

如果時間算另一個維度的話,那麼我們的世界有沒有可能從時間的這一頭不斷向前,最後卻又回到了時間的開頭!所有發生的事情,其實都是一個死循環!而這個空間的反面,可能發生了時間的倒流現象,而我們卻一直以為時間是正著走的!

《恐怖遊輪》

最後推薦電影——《恐怖遊輪》,來體驗下影視劇中腦洞大開的「莫比烏斯環」。

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  • 神奇的莫比烏斯環
    將一個長方形紙條ABCD的一端AB固定,另一端DC扭轉半周后,把AB和CD粘合在一起,得到的曲面就是麥比烏斯圈。數學中有一個重要分支叫「拓撲學」,主要是研究幾何圖形連續改變形狀時的一些特徵和規律的,「莫比烏斯環」變成了拓撲學中最有趣的單側面問題之一。莫比烏斯環的概念被廣泛地應用到了建築,藝術,工業生產中。運用莫比烏斯環原理我們可以建造立交橋和道路,避免車輛行人的擁堵。
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    一、莫比烏斯環是什麼?莫比烏斯環其實很簡單,人人都能做,一張「二維平面」的紙條扭轉180°後與另一邊對接起來就成了一個莫比烏斯環,這是1858年德國數學家莫比烏斯和約翰·李斯丁發現的!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!
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    在開始之前,讓我們不妨先自己動手做一個莫比烏斯環。普通紙帶具有兩個面(即雙側曲面),一個正面,一個反面,兩個面可以塗成不同的顏色;而這樣的紙帶只有一個面(即單側曲面),一隻小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣。 此外,莫比烏斯在數學領域還有很多貢獻,不過,讓他被人們所知,大多是因為這個用他的名字命名的奇怪曲面:莫比烏斯環。莫比烏斯也因此成了拓撲學研究的先驅者。
  • 莫比烏斯之環:最終會回到原點
    作為連接一條又一條的關係,莫比烏斯之環可謂是相互連接著彼此,且事情的發生是重複性的。在看待事物時我們都沒有看到其背後細細的一根線,正在承前啟後使前後兩種事物相互聯繫,最終都會回到各自的原點。看多了很多人間冷暖,都很相似:當受害者變成施暴者,施暴者變成了受害者,在兩者之間轉換,沒有誰會因此擺脫命運中的那個環。一環一環接著緊緊相扣,中間的一環若是出了什麼差錯,整個整體將會因此崩盤,從中可以看出環節相扣的重要性。
  • 不是因為愛情,是因為「莫比烏斯環」
    先說說何謂莫比烏斯環?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」。
  • 你知道什麼是莫比烏斯之環嗎?
    不知道大家對莫比烏斯之環了解多少,今天就和大家聊一聊這莫比烏斯之環的那些「破事」。首先要想知道莫比烏斯之環就必須要知道誰是莫比烏斯。莫比烏斯是一名德國的數學家和天文學家。他長這個樣子:它只有一個面,和一個邊界。它是由莫比烏斯和約翰·李斯丁在1858年發現的。很多人看了莫比烏斯之環後會覺得它和普通環一樣,但其實不然。當你仔細觀察之後會發現它其實並沒有正面和反面之分。不管你是從哪個角度去觀察它,它都是一樣的。
  • 難道與莫比烏斯環有關?看完你就知道
    難道與莫比烏斯環有關?看完你就知道了。穿越時空,不與時間駁論,從而引發了蝴蝶效應,而這當中便涉及了莫比烏斯環,最早莫比烏斯環是由德國兩位數學家發現的,是一個無限循環的環,甚至於也被人們用來拿作婚戒等,而莫比烏斯環的意義以及它的詛咒你們可知道?
  • 莫比烏斯的世界,探索無限與循環
    莫比烏斯象徵著無限與循環。莫比烏斯帶兩面即一面,男性與女性,過去與未來,現實與虛擬。這些看似兩面的事與物,不過是莫比烏斯環上的點,互相流動,一切對立均可交融統一。時尚與藝術在共創中完成循環,在循環裡成就無限生命。