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?

2020-11-22 社會與正能量

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。

莫比烏斯環是一個拓撲學,就是幾何學模型,當時由德國數學家莫比烏斯和約翰李斯丁提出。為了方便理解應用,把一張紙塗成不同的顏色,將紙一端扭轉180度,再與另一端相連,就形成了一個橢圓,也就是莫比烏斯環。一隻小動物可以不跨越邊緣而爬過整個曲面。莫比烏斯環還有奇異的特性是,一些在平面無法解決的問題,可以在莫比烏斯環上得到答案。

例如鏡像的問題,人的左右兩隻手存在鏡像,大體看起來極為相同,但仔細觀察,就會發現不同,左手套無法貼合的當右手套使用,但是如果人手可以處於莫比烏斯環,當你回到起點的時候,會成為原來物質的鏡像,手套便可以輕鬆易面了,所以莫比烏斯環是一個二維概念物。它是二維世界的概念物,但有可以在三維世界裡呈現出來,所以我們能做出莫比烏斯環的模型,以至於另一個模型就更神奇。

德國數學家克萊因發現了克萊因瓶,它是一種無定向性的平面,沒有內外之分。它可以被描述為瓶子底部的一個洞,現在延長瓶子的頸部,並讓它扭曲的進入瓶子內部,與底部的洞相連,克萊因瓶其實是三維概念物,所以它只能在多維世界才能呈現,如果硬性要求將它展現在三維空間,只能將讓它自己和自己相交一樣,才能呈現,但其實克萊因瓶的瓶頸是穿過四維空間再和瓶底相連,並不會穿過瓶身。

更加有趣的是,如果將克萊因瓶沿著它的對稱線切一刀,就會有兩個莫比烏斯環出現,莫比烏斯環展現了「二維空間中一維可以無限擴展」的空間模型,克萊因瓶就是「三維空間中二維可無限擴展」的參考模型,因為我們只能在四維空間,把這些信息展現出來,這樣就可以理解宇宙是幾維空間,可否讓人類去走得無限遠,回來變成另一個鏡像人。這其中的奧秘,還得仔細去研究,畢竟數學很神奇的存在!

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  • 有多少人真正的了解莫比烏斯環和克萊因瓶
    有的自媒體說:莫比烏斯環沒有正反面,人們根本造不出來克萊因瓶因為它只存在於四維空間,克萊因瓶永遠裝不滿……這,真的是不加理解就拿來從別處聽來的話進行自我加工後再傳播。真的是誤人子弟,「毀」人不倦。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。莫比烏斯環和克萊因瓶的關係莫比烏斯環是二維下的產物,如果一隻螞蟻在莫比烏斯環上爬行,它以為自己在二維平面上行走,實際上身處三維空間下才能看清楚莫比烏斯環。
  • 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。
  • 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。,但他們同時提出了一種假設:我們的宇宙可能是一個巨大的克萊因瓶!
  • 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?
  • 關於四維空間:你聽過克萊因瓶嗎?
    ,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!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。
  • 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?
    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。
  • 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
    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。
  • 「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。
  • 著名的「克萊因瓶」是什麼?簡直與黑洞一樣的存在
    如果沿著克萊因瓶的對稱線切下去,會得到兩個互相鏡像對稱的莫比烏斯環。沒錯,這兩者都是無邊無際的,有著相似的構造,只是所處空間不同。如果莫比烏斯帶能完美展現一個「二維空間中一維可無限擴展之空間模型」的話,克萊因瓶只能作為展現一個「三維空間中二維可無限擴展之空間模型」的參考。
  • 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?
  • 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!
    我們大家都知道,之所以維度這個概念到如今被很多人接受,是因為在我們的認知中就有存在的二維世界,相比較於我們所生活的三維世界相比,二維世界少了高度的概念,我們也一般將漫畫書和牆壁塗鴉的內容比作二維世界,因為在這個世界裡高緯度生物對於低緯度生物的存在相當於神明一般,那麼對於我們三維生物來說,四維空間中有什麼是我們所不能理解的呢?
  • 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。
  • 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!
    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?莫比烏斯環可以現場製作一個,一條紙帶一頭轉180度和另一頭粘接,然後就形成了一個莫比烏斯環,這是德國數學家、天文學家莫比烏斯和約翰·李斯丁在1858年獨立發現的。
  • 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。
  • 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、莫比烏斯環、薛丁格的貓,那些你常見卻不了解的科學
    克萊因瓶、莫比烏斯環、薛丁格的貓,本篇文章將為您一一解釋:克萊因瓶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。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。這是一個像球面那樣封閉的,也就是說沒有邊的曲面。但是它卻只有一個面。在圖片上我們看到,克萊因瓶的確就像是一個瓶子。
  • 克萊因瓶、莫比烏斯環、薛丁格的貓,那些你常見卻不了解的科學
    克萊因瓶、莫比烏斯環、薛丁格的貓,本篇文章將為您一一解釋:克萊因瓶在1882年,著名數學家菲利克斯·克萊因 (Felix Klein) 發現了後來以他的名字命名的著名「瓶子」。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。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。
  • 卻無法造出克萊因瓶?
    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!但這樣的特性在二維平面內是無法完成的,只有扭曲二維面在三維空間內對接完成,但這對於「二維世界文明」來說這是不可理解的,但這對於在三維空間中的我們來說,一點都不難理解,因為我們能看到整個過程!二、克萊因瓶是什麼?
  • 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。