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為什麼我們能造出莫比烏斯環?卻無法造出克萊因瓶?

要理解這個話題,我們得先理解一下關於空間的描述!要不然對於各種維度理解起來也許會有些障礙!

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!

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!

看起來平淡無奇的一個環,但它有一個特性,就是不需要走回頭路,就能走完這個環的兩面,是不是很神奇?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?

克萊因瓶是德國幾何學大家菲立克斯·克萊因發現的,一個嵌套自身的連續拓撲空間,它的表面沒有邊,不會終結,也沒有內外之分!我們可以製造出這樣的容器,也似乎看起來也不難理解!

玻璃製品,似乎製造也不麻煩,但很可惜無論我們如何製造,它只是一個不可定向的克萊因拓撲空間在三維中投影而已,也就是說我們製造的只是它在三維空間中的表現形式,而它真正的表現在三維中是無法描繪完全的!

就像一個球體穿過一個二維平面,在上面投影只有不斷變大小的圓面而已,根本不可能看到一個球體,克萊因瓶也一樣,它是一個四維超空間拓撲體,沒有更高維度的支持,我們對克萊因瓶的永遠只能停留在想像階段!

但更有一個事實要提醒一下的是,克萊因瓶它並不是一個瓶子,而是一個四維超空間拓撲體,如果在三維世界中存在這樣一個超空間拓撲體,那麼不小心誤入的話估計就得老死在裡面了!

當然無論是莫比烏斯環還是克萊因瓶,真正的表現方式都是空間,我們可以用「二維平面」來製造莫比烏斯環,但卻無法用三維空間來製造,同理,我們能用三維投影方式製造克萊因瓶,卻無法用空間嵌套來製造克萊因瓶空間,所以這並不是我們無法製造,而是我們尚未觸及到四維空間這個層次,而且也無法彎曲空間!也許未來還有很長的時間要摸索!

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