真的有我們摸不到的空間,四維空間,用克萊因瓶理論可以來解釋

2021-01-10 知書知史

你知道克萊因瓶是什麼嗎?如果我問,這個瓶子能裝水嗎?你可能會笑,為什麼瓶子裡裝不下水?事實上,如果你這麼想,你就大錯特錯了,因為克萊因瓶不是你想像中的普通瓶子。讓我們看看克萊因瓶到底是什麼?

克萊因瓶指的是一個無界限表面,它不能區分裡面和外面,也不能準確地用三維來描述的一個瓶子。這是在倫敦科學博物館展出的由三個克萊因瓶套成的雕塑,由艾倫·貝內特設計和製作。克萊因瓶的結構非常簡單,瓶子底部有個洞,瓶頸是延長的,然後扭曲到瓶子的內部,之後再與底部的洞接。

不像我們通常用來喝水的杯子,這個物體沒有邊緣,它的表面也不會終結。它也不像氣球,蒼蠅可以從瓶子裡面飛到外面而不穿過瓶子的表面(所以沒有裡面也沒有外面)。

在數學領域,克萊因瓶指的是一種沒有定向性的平面,比如二維平面,就無「內部」和「外部」的區別。在拓撲學中,克萊因瓶是一個無定向的拓撲空間。克萊因瓶最早是由菲利克斯·克萊因提出的。

克萊因是著名的數學家,1882年以他的名字命名了克萊因瓶。

那麼現實中真的沒有克萊因瓶嗎?在我們生活的空間中,幾何維度是三維的,而克萊因瓶只能存在於四維及更高維度的空間中。理論上,它不能在我們的空間裡製造,就像球不能在二維平面上製造一樣。如果你看過克萊因瓶的模型,你會發現瓶頸與瓶身相交,這是折中的辦法。

如果它能被創造出來,就可以證明四維空間真的存在,如果一個人從穿越克萊因瓶口再來到瓶外的話,那他就從內而外的反過來了,真的是太不可思議了!

但在現實中,製作克萊因瓶是非常困難的。人們只能通過計算機還原克萊因瓶的模型。因此,對於目前的科研人員來說,克萊因瓶始終都是四維空間的產物。

然而,如何開發和利用克萊因瓶這把鑰匙打開四維空間的大門,科學家們仍在努力。既然有些人可以無意識地進入四維空間,那麼就肯定有辦法人為地有意識地進入四維空間,對人類來說,進入四維空間只是時間問題。

所以我們只能無限地想像它存在的可能性,但劉慈欣《三體》中的說法令很多人認同。

劉慈欣的成名小說《三體》,當中有一個涉及四維空間的劇情,說,這時候進入者在四維空間裡發現三維空間的一切事物變換都在他們眼裡,猶如"天眼"一般,能看到千萬事。

在了解了四維空間的情況後,入侵者進行了深入思考,試圖找到一條拯救人類的途徑。最後,他們意識到四維空間中的高智能生物屬於矽基生命。最後,他們找到了摧毀四維空間的方法,成功地回到了自己的三維世界。

劉慈欣還認為,在進入四維空間之後,我們將掌握時間,因此壽命的長短將掌握在我們自己手中,數千年來多少帝王企望的長生不老或將實現。

書中最精彩的部分是「降維攻擊」,出現在三體系列的最後一本書《三體·死神永生》中。這種攻擊是指攻擊者利用先進的技術來降低攻擊者所在空間的維度,就如同踩死螞蟻一樣簡單!

螞蟻生活在二維空間,人生活在三維空間,我們的空間維度比螞蟻高,所以我們踩死螞蟻很簡單。

因此,劉慈欣認為人類即使收到來自地球外部的信號也不要回復,因為那樣會暴露出地球的位置。四維空間裡的外星人對付我們三維空間的人,也如同踩死一隻螞蟻那樣簡單!

當然,這些只是一種猜想,但不可否認的是,劉慈欣的《三體》絕對是科幻小說的裡程碑,它不僅是一部精彩的小說,而且具有很高的現實意義和參考價值。

憑藉《三體》,劉慈欣獲得了第73屆世界科幻大會頒發的雨果獎最佳長篇小說獎,為亞洲首次獲獎。

前美國總統歐巴馬同樣是《三體》的忠實粉絲,在讀完前兩部之後,歐巴馬甚至發動白宮聯繫劉慈欣催稿,希望可以儘快看到第三部的英文版。

除了歐巴馬以外,FaceBook總裁扎克伯格、小米雷軍、360周鴻禕、騰訊馬化騰,也都是《三體》的推崇者。在雷軍看來,《三體》對他們公司的發展具有十分重要的意義,黑暗森林、降維打擊等概念,都值得他們警醒。

《三體》共3本,尤其是第三部《三體—死神永生》,絕對算得上是一篇大手筆,它將整個地球,整個銀河系,展現在宇宙的大背景下,真正觸發靈魂深處對於人性的思考。

還沒有看過《三體》的朋友們,我強烈推薦大家去看一下,它不僅可以給你帶來閱讀的震撼,更會引發對人性的深層次思考,對你的價值觀會有所啟迪。

有人擔心科幻中的物理概念會不會看不懂導致影響閱讀體驗。其實完全不用擔憂這個,我是物理學外行,依然能輕鬆讀懂,我剛上初中的侄子在閱讀的時候也毫無壓力。

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相關焦點

  • 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。
  • 克萊因瓶或是四維空間的鑰匙,為何空間一共有11個維度?
    我們生活在三維空間中,只有一個時間軸,而在更高維度的空間裡,時間軸可能不止一個,於是「穿梭時空」有了實現的可能。20世紀的科學界,建立了多個宇宙模型,目的就是想研究宇宙的本質。空間有多少個維度?認識高維度空間得從四維空間開始說起,它是離三維空間最近的空間維度。有人會問為何我們感覺不到四維空間?
  • 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。
  • 關於四維空間:你聽過克萊因瓶嗎?
    ,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!那麼從這個角度來理解,克萊因瓶是否暗示了我們的宇宙還存在高維空間嗎?什麼是二維,三維和四維?我們一般所說的維度就是歐幾裡德空間,如果要討論閔可夫斯基空間請看作者其他文章。
  • 克萊因瓶很詭異,地球的水倒進去也裝不滿,它或是四維空間的鑰匙
    三維空間在三維空間裡面,如果用一個瓶子裝水,很快就可以裝滿,而且無論這個瓶子有多大,只要人們往這個瓶子裡面不間斷的注水,總有一天會把瓶子裝滿,這種情況只適用三維空間,而科學家研究發現,在這個世界上可能存在比三維空間更高的維度空間,比如四維空間、五維空間、六維空間……甚至十一維空間,當然離人類最近,也是人類最感興趣的高維空間是四維空間
  • 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。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。
  • 克萊因瓶是什麼?為什麼身處三維空間的我們沒法製造出它來?
    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。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。
  • 克萊因瓶有多神秘?四大洋倒進去也裝不滿,它是四維空間的鑰匙!
    為了解釋四維空間的存在,霍金曾經向世人展示了一個簡單的例子。當一輛車停在一個地方,它是在零維空間,它就是一個「點」。而當汽車在一個固定的方向上移動時,它處於第一維度。如果汽車左轉或右轉,它是在第二維度。人們習慣性地認為人類和地球上的所有生物都生活在三維空間中。如果我們用一輛車來比喻。這輛車相當於在上坡的過程中轉彎。
  • 我們到底生活在幾維空間中?科學家:克萊因瓶已給出答案
    人類到底生活在哪個空間呢?大部分都人都肯定的回答,當然是三維空間了。一維空間、二維空間、三維空間分別代表的是一條線,一個平面,一個具有長度、寬度、高度的立體空間。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。
  • 克萊因瓶有多詭異?四大洋倒進去也裝不滿,它是四維空間的鑰匙
    在現實生活中,不管瓶子有多大,只要人們不斷往瓶子裡注水,瓶子裡就會有注水的時間,但這種情況只適用於三維空間。在四維空間裡,有一個神奇的瓶子叫「克萊因瓶」,即使倒進四大洋也裝不下。霍金一直強調人是四維空間的產物,而人類之所以感受不到四維空間,是因為人的思維方式早已局限於三維空間。為了解釋四維空間的存在,霍金向世界展示了一個簡單的例子。
  • 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。
  • 地球所有的水倒進去也裝不滿克萊因瓶,它或是四維空間的鑰匙
    2019-12-15 17:11:20 來源: 旅遊看湖南 舉報   空間的複雜我們想像不到
  • 生存在3維空間的人類,為什麼無法造出「克萊因瓶」?
    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?
  • 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
    克萊因瓶的結構可表述為: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。簡單的說——這是一個沒有內外之分物體。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。
  • 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。
  • 四維空間並不是三維空間加上時間的產物,否則造不出克萊因瓶
    如果說四維空間是三維空間加上時間的話,那麼被大吹特吹的,說是四維空間在三維空間的投影的,永遠裝不滿的克萊因瓶,在四維空間裡也造不出來因為四維空間只是加了時間,只會造出無數個時間線上的三維克萊因瓶。就跟我們現在造的一個樣,這顯然是不對的。克萊因瓶是一個實體的產物,加上時間並不能被實際造出來。
  • 四維空間並不是三維空間加上時間的產物,否則造不出克萊因瓶
    現在很多自媒體視頻都說,四維空間是三維空間加上時間,以此類推,更高維度也都是與時間相關。他們做這些視頻的時候肯定也只是照本宣科,並沒有經過自己的思考。我認為空間維度跟時間並沒有關係,四維空間也不是三維空間加上時間。
  • 宇宙是一個巨大的克萊因瓶?還真有這種可能性!
    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!
  • 「克萊因瓶」在現實中真的能找到嗎?相對論四維時空給您答案
    也許有人會反駁,電磁場不是實體,但是我們一樣研究啊,其實電磁場本身就是一種客觀存在的事物,它並非我們為了方便研究而虛構出的事物,它是一種真實存在。但是數學研究的事物可以完全不管物理世界,也就是說數學可以脫離物理世界而存在,比如剛剛談的「四維空間」,這就是一個脫離物理世界的研究對象。但是有網友又會反駁說「克萊因瓶」不就是一個四維空間的物體嗎?
  • 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。