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潘洛斯階梯,是視覺錯亂?還是真實存在?鬼吹燈中的懸魂梯呢

潘洛斯階梯是一種盤旋形狀的階梯,通過肉眼的觀看我們可以知道,這種階梯能夠循環往複的進行,但是在現實生活中,這種類型的階梯是無法實現其功能的,這種階梯是一種介於二維和三維之間的視覺錯亂,還是真實存在?


2、克萊因瓶 由來: 在1882年,著名數學家菲立克斯·克萊因 (Felix Klein) 發現了後來以他的名字命名的著名「瓶子」。這是一個象球面那樣封閉的(也就是說沒有邊)曲面,但是它卻只有一個面。在圖片上我們看到,克萊因瓶的確就象是一個瓶子。但是它沒有瓶底,它的瓶頸被拉長,然後似乎是穿過了瓶壁,最後瓶頸和瓶底圈連在了一起。如果瓶頸不穿過瓶壁而從另一邊和瓶底圈相連的話,我們就會得到一個輪胎面(即環面)。 具體分析 我們可以說一個球有兩個面——外面和內面,如果一隻螞蟻在一個球的外表面上爬行,那麼如果它不在球面上咬一個洞,就 無法爬到內表面上去。輪胎面也是一樣,有內外表面之分。但是克萊因瓶卻不同,我們很容易想像,一隻爬在「瓶外」的螞蟻,可以輕鬆地通過瓶頸而爬到「瓶內」去——事實上克萊因瓶並無內外之分!在數學上,我們稱克萊因瓶是一個不可定向的二維緊緻流型,而球面或輪胎面是可定向的二維緊緻流型。如果我們觀察克萊因瓶的圖片,有一點似乎令人困惑——克萊因瓶的瓶頸和瓶身是相交的,換句話說,瓶頸上的某些點和瓶壁上的某些點佔據了三維空間中的同一個位置。但是事實卻非如此。事實是:克萊因瓶是一個在四維空間中才可能真正表現出來的曲面,如果我們一定要把它表現在我們生活的三維空間中,我們只好將就點,只好把它表現得似乎是自己和自己相交一樣。事實上,克萊因瓶的瓶頸是穿過了第四維空間再和瓶底圈連起來的,並不穿過瓶壁。這是怎麼回事呢?我們用扭結來打比方。如果我們把它看作平面上的曲線的話,那麼它似乎自身相交,再一看似乎又斷成了三截。但其實很容易明白,這個圖形其實是三維空間中的曲線,它並不和自己相交,而且是連續不斷的一條曲線。在平面上一條曲線自然做不到這樣,但是如果有第三維的話,它就可以穿過第三維來避開和自己相交。只是因為我們要把它畫在二維平面上時,只好將就一點,把它畫成相交或者斷裂了的樣子。克萊因瓶也一樣,這是一個事實上處於四維空間中的曲面。在我們這個三維空間中,即使是最高明的能工巧匠,也不得不把它做成自身相交的模樣;就好像最高明的畫家,在紙上畫扭結的時候也不得不把它們畫成自身相交的模樣。題圖就是一個用玻璃吹制的克萊因瓶。好玩的是,如果把克萊因瓶沿著它的對稱線切下去,竟會得到兩個麥比烏斯圈!


四維空間動態圖展示

潘洛斯階梯與中國的懸魂梯


相信看過小說《鬼吹燈》的人應該都記得,在西周的那個古墓中,就有一個將主角困住的懸魂梯,其實通過小說的描述,這個懸魂梯其實和潘洛斯階梯有一定的聯繫。

潘洛斯階梯,是視覺錯亂?還是真實存在?鬼吹燈中的懸魂梯呢


其實通過詳細的理解,大家應該可以知道的是,其實懸魂梯和潘洛斯階梯在實現的原理上是相通的,只是體現的形式不同。


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