那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

纬度一个比较难以理解的概念 , 现如今我们生活在一个三维世界 , 对于我们来说 , 较低纬度是可以接受的 , 比如零维到三维 , 但对于高一点的四维以及更高的维度就比较勉强了 。而今天我们要讲的是有关纬度的莫比乌斯环 , 还有克莱因瓶 , 其中的莫比乌斯环是可以造出来 , 但克莱因瓶却无法造出 , 这是为什么?

那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
制作莫比乌斯环的方法非常简单 。
19世纪 , 德国数学家莫比乌斯(Mobius)发现了莫比乌斯环 , 首先准备一个纸带 , 然后把一个纸条扭转180° , 最后再把两头粘接起来就形成一个“莫比乌斯环” , 看似简单的一个纸环 , 但却与一般的圆环不同 , 因为莫比乌斯环既没有正面也没有反面 , 既没有起点也没有终点 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
而最最特殊的地方在于当你沿着莫比乌斯环中间剪上一圈的话 , 不但不会被剪断 , 反而会使该纸环带变成两个套在一起扭曲着的大圆环 , 这样循环反复下去 , 每次剪开都会增加一个圆环且环环相扣 , 从理论上说 , 一条莫比乌斯环纸环带是能够无限扩展下去的 , 因此莫比乌斯环也经常被称为“死循环模式” , 象征着无穷无尽 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
正是因为莫比乌斯环有着这样特殊的形状和背后神秘的深意 , 如今已经被广泛应用于生活、艺术作品还有一些电影情节中去 , 比如在电影《复仇者联盟》中 , 钢铁侠就是通过莫比乌斯环达到了时间旅行 , 除了奇怪的莫比乌斯环之外 , 还有一个更奇怪的瓶子——克莱因瓶 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
克莱因瓶是科学界内非常出名的一个瓶子 。
克莱因瓶是由德国数学家菲立克斯·克莱因所发现的 , 所以才会用他的名字来命名 。克莱因瓶的结构很简单 , 瓶子底部存在一个洞 , 而瓶子的颈部经过延长扭曲地进入了瓶子内部 , 最后不需要经过瓶身就能与瓶子底部的洞连接起来 , 其实克莱因瓶看起来除了奇怪也并没有什么特别的地方 , 但就是这样的一个瓶子却永远都装不满水 , 这是为什么呢?
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
要知道在我们的生活中 , 任何瓶子都是可以装满的 , 因为瓶子都是有内外之分的 , 所以才能把水给装进去并装满 , 但在数学领域中 , 克莱因瓶是一种概念模型 , 认为它是一个无定向的平面物体 , 根本没有内外之分 , 也就没有边界的概念 , 自然永远都装不满水 , 这也可以视为是一个“无限循环” , 与莫比乌斯环非常相似 , 只不过以目前人类的科学技术 , 克莱因瓶是无法被造出来的 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
与莫比乌斯环不同 , 克莱因瓶无法被制造出来 。
要想明白这个问题 , 我们先来了解一下纬度的概念 , 零维是由一个点所构成的空间 , 没有长宽高;一维指的是由一条线所构成的空间 , 只有长 , 没有宽和高;三维是我们现在生活的世界 , 是一个立体空间 , 有长宽高 , 在三维空间的基础上又提出了四维空间的概念 , 要比我们现在的三维空间高上一个纬度 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
【那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶】而克莱因瓶就是在四维空间中想象出来的一个物品  , 由于三维空间和四维空间之间差了一个纬度 , 所以克莱因瓶在我们如今的三维世界内是无法被制造出来的 , 但在四维世界内 , 克莱因瓶就可以解释为是“无定向性”的一个封闭曲面 , 也就是说克莱因瓶没有正反、内外之分 , 如果放一只蚂蚁在克莱因瓶内爬的话 , 那么这只蚂蚁能够自由的将瓶内的所有表面都走一遍 。
那大海都装不满的克莱因瓶能造出来吗 克莱因瓶

文章插图
克莱因瓶与莫比乌斯环十分相似 , 如果把克莱因瓶切开的话就会变成了两个莫比乌斯环 , 但是我们现在能够造出莫比乌斯环 , 却不能造出克莱因瓶 , 因为在二维世界内 , 莫比乌斯环也是造不出来的 , 非常扭曲 , 可如果放在三维世界来理解的话 , 就是合理的存在 , 而克莱因瓶是四维世界内存在的 , 所以不能在现在的三维世界内被制造出来 。

    推荐阅读