克萊因瓶是什麼呢?為什麼會有人說整個世界的大海都裝不滿它呢?這個神奇的瓶子為什麼可以擁有無盡的空間呢?市面上能裝滿水的克萊因瓶又是怎麼回事呢?
在講解克萊因瓶之前,我們不得不先提到莫比烏斯環。莫比烏斯環是德國數學家莫比烏斯和約翰·李斯丁于1858年發現的,他們把一根紙條扭轉180°後,兩頭再粘接起來這就構成了沒有正反面之分,隻有一個單側曲面的紙環圈莫比烏斯環。
簡單來講就是,如果有一隻小蟲,它可以不必跨過邊緣就能爬遍整個曲面。莫比烏斯環象征着無限循環,一遍又一遍往前走隻會回到原點。就像希臘神話裡的西西弗斯,每天都隻能重複推着石頭,是一種二維空間向三維空間的幾何延伸。
那麼由兩個莫比烏斯環構成的克萊因瓶,就是三維空間向四維空間的探索延伸。克萊因瓶是1882年由數學家菲立克斯·克萊因發現的,他當時提出的設想是在一個瓶子底部有一個洞,然後延長瓶子的頸部,并且扭曲地進入瓶子内部和底部的洞相連接,現在這個瓶子就沒有“邊”,它的表面不會終結,因為它沒有内外之分了。
所以一隻蒼蠅可以直接從瓶子的内部飛到外部而不用穿過表面,它本身是一個像球面的封閉空間,是沒有邊的曲面,内部和外部是完全相連的。如果把液體倒進去,液體從瓶口進入又會從瓶底流出,所以大海也裝不滿它。
其實克萊因瓶準确來講應該是克萊因瓶面,隻是因為翻譯錯誤,而它又長得像瓶子便一直被稱為克萊因瓶了。值得一提的是,從中間對稱切開,就能得到兩個一開始說的莫比烏斯環,點構成線,線構成面,而面就是現在常說的三維世界。
克萊因瓶便是平面和平面的相交組合構成的空間,嚴格意義上來講它是存在在四維空間的,它的瓶頸是穿過了第四維度再和瓶底圈連起來的,并不穿過瓶壁,所以市面上瓶頸和瓶身相交的克萊因瓶其實并不是真正的克萊因瓶。
簡單來講 就像畫家畫扭結的線,現實中看到隻是互相穿過并沒有連接在一起,但是在圖畫中也不得不把線畫成自身相交的模樣。所以在三維空間高明的工匠隻能把瓶頸和瓶身相交造出一個類似克萊因瓶的模型。
真正的克萊因瓶還在科學家們的構想中,每一年都有無數的科學家希望造出真正的克萊因瓶,但是最後都以失敗告終。克萊因瓶理論也被人聯想到宇宙上,如果我們所在宇宙就是一個巨大的克萊因瓶呢?
人類的好奇心一直都驅使着人類探尋研究宇宙的奧秘,所以一直都有人在研究宇宙的邊界到底在哪裡?如果宇宙是一個巨大的克萊因瓶,那麼宇宙就将是沒有邊界的。我們可能是生活在宇宙裡,也可能是生活在宇宙外,探尋着的宇宙外部有可能也是宇宙内部。
利用克萊因瓶理論假設宇宙的話,無論怎樣我們都勘測不到宇宙的盡頭。當然這些隻是一些猜測,恐怕隻有我們能上升到更高的維度才能知道這一切了,就像《三體》裡面描寫的“11維空間”,我們隻有上升到最高的維度上,才能探索到現在的宇宙的奧秘吧!
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