四维空间的产物——克莱因瓶

在现实生活当中,一个瓶子无论它的体积有多大,只要人们源源不断往瓶子里注入水,这个瓶子就会有被装满的时候,但这种情况仅适用在三维空间内。

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在四维空间中,就有一个名为“克莱因瓶”的神奇瓶子,不要说装满水,就算将四大洋倒进去也不可能装得满。


霍金一直强调人类是四维空间的产物,人类之所以感知不到四维空间,是因为人类的思维模式长期被三维空间所禁锢着。



而为了诠释四维空间的存在,霍金曾向世人展现了一个简单的例子。当一辆车静止在一个地方不动时,这辆车就处在了第零维度空间内,这辆车就是一个“点”。


而当这辆车朝着一个固定的方向前进时,这辆车就处在了第一维度空间,如果此时这辆车向左或者向右转弯,那么这辆车就位于第二维度空间里。


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人们习惯性地认为,人类以及地球上的所有生物都生活在三维空间内,如果用车来比喻的话,这辆车就相当于在上坡的过程中转弯,而如果加上时间的话,就构成了所谓的四维空间。



但直到现在,科学家们都没有找到四维空间直接存在的证据,而在克莱因瓶这个概念出现后,人们的想法发生了巨大的改变,一些学者认为,克莱因瓶就是一把帮助人类寻找四维空间的“钥匙”。


在数学领域中,克莱因瓶指的是一种无定向的平面,就比如二维空间中的平面,没有内部和外部之分,该概念由德国数学家菲利克斯·克莱因提出的。



在1882年,数学家克莱因以自己的名字为一个诡异的“瓶子”进行了命名,这是一个像球面那样封闭的曲面,但只有一个面,而且,克莱因瓶的构造也非常简单。


一个瓶子的底部有一个洞,而我们现在只需将这个瓶子的颈部进行延伸,并让颈部穿过瓶身任意一个位置,最后和瓶底的洞口相连,一个著名的克莱因瓶就完成了。


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克莱因瓶的原理和莫比乌斯带非常相似,甚至,人们可以发现,只需将两个莫比乌斯带连接,就可以得到一个完整的克莱因瓶了。



但在现实中,要做出克莱因瓶却非常困难,人们只能通过电脑去还原克莱因瓶的模型,因此,对于目前的科研人员而言,克莱因瓶始终都是四维空间的产物。

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