著名的“克萊因瓶”是什麼? 為什麼將地球上的水倒進去也裝不滿?

隨著人類文明的發展,科技水平的進步,人們開始越發感到這個世界充滿著太多的神奇和未知領域,隨著宇宙多維度理論的誕生,在科學傢們的介紹下,人類開始意識到自己所在的這個世界不過是宇宙裡的三維世界,而我們的這個世界放在浩瀚神秘的宇宙中,隻不過是最低等的存在。

那麼,高維空間又是什麼樣的呢?高維空間裡的物品又與我們三維空間的有哪些不同呢?今天,我們就來說說一個來自四維空間的瓶子的故事!

從四維空間的角度來推論,認為這個瓶子是非常合理的。不過,因為目前人類的技術有限,所以並不能真正將這個瓶子研制出來,可是在科學領域,這個虛擬的克萊因瓶卻是永遠都沒有辦法裝滿水的。

克萊因瓶最大的神奇之處在於它的底部有一個洞口,無論你用什麼方式將水註滿,它都沒有辦法永遠留在裡面。就像是沙漏一樣,終究會一點一滴地流失掉。科學傢們通過多種實驗,變換瞭多種角度向這個瓶子裡灌水,可是都不能將它灌滿。

所謂的來自四維空間的神秘瓶子,就是著名的克萊因瓶,這個瓶子的神奇之處在於,無論你怎麼向裡面裝多少水,這個瓶子都不會被裝滿。要知道,在我們的常識中,任何容器都是有它的容積的,如果真的有瓶子裝不滿水,就是這個瓶子底部漏掉瞭,可是克萊因瓶卻完好無損,這又是怎麼一回事呢? 接下來就讓我們一同看看究竟,看看對於四維空間的猜想,科學傢們說得到底對不對!

因此,科學傢們認為它隻有在四維空間才能真正被裝滿水,也就是說,這個瓶子是不屬於人類世界的,它來自宇宙的高維空間,那裡對於人類來說就像是神域一樣,一切都可能發生。 不僅如此,科學傢們還曾做過顛覆人類認知的克萊因瓶電腦模擬實驗,當一隻蟲子被從瓶口放入到瓶子裡後,這隻蟲子竟然繞瞭一圈後又從瓶口轉瞭出來,對此,科學傢們認為在四維空間裡,這個瓶子根本就是不存在盡頭的,並且因為它受到來自四維空間的控制,所以在三維世界裡不管人類如何想將它灌滿,都是徒勞無功。

在數學領域中,克萊因瓶(Klein Bottle)是指一種無定向性的平面,比如2維平面,就沒有“內部”和“外部”之分。“克萊因瓶”這個名字的翻譯其實是有些錯誤的,因為最初用德語命名時候名字中“Kleinsche Fläche”是“克萊因平面”的意思。大概是誤寫成瞭“Flasche”,這個詞才是瓶子的意思。不過不要緊,“瓶子”這個詞用起來也非常合適。克萊因瓶最初的概念是由德國數學傢菲利克斯·克萊因提出的。克萊因瓶和莫比烏斯帶非常相像。克萊因瓶的結構非常簡單,一個瓶子底部有一個洞,現在延長瓶子的頸部,並且扭曲地進入瓶子內部,然後和底部的洞相連接。和我們平時用來喝水的杯子不一樣,這個物體沒有“邊”,它的表面不會終結。它也不類似於氣球 ,一隻蒼蠅可以從瓶子的內部直接飛到外部而不用穿過表面(所以說它沒有內外部之分)。

就像麥比烏斯帶(又名:莫比烏斯環)一樣,克萊因瓶不可定向。但是與之不同的是,克萊因瓶是一個閉合的曲面,也就是說它沒有邊界。莫比烏斯帶可以在三維的歐幾裡德空間中嵌入,克萊因瓶隻能嵌入四維(或更高維)空間。克萊因瓶在三維空間中隻能做出“浸入”模型(允許與自身相交),比如:一個瓶子底部有一個洞,延長瓶子的頸部,並且扭曲地進入瓶子內部,然後和底部的洞相連接。和我們平時用來喝水的杯子不一樣,這個物體沒有“邊”,它的表面不會終結,它也不類似於氣球。這種瓶子根本沒有內、外之分,無論從什麼地方穿透曲面,到達之處依然在瓶的外面,所以,它本質上就是一個“有外無內”的古怪東西。 盡管現代玻璃工業已經發展得非常先進,但是,所謂的“克萊因瓶”卻始終是大數學傢克萊因先生腦子裡頭的“虛構物”,根本制造不出來。

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那麼,克萊因瓶真的存在於四維世界嗎?不少人認為這不過是科學傢們的瘋狂猜想。不過,愛因斯坦曾說過,當世界上隻剩下一個你的時候,門外和門內都同樣是一個人,因為門裡即是門外。可以說,克萊因瓶就是這麼一個存在,或許這個瓶子裡裝的就是我們的三維空間呢?或許整個宇宙都被灌入其中瞭呢?你看不到不代表它不存在,

發現人員菲利克斯·克萊因(Felix Christian Klein,1849年4月25日-1925年6月22日)是德國數學傢,生於德國杜塞多夫。

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克萊因瓶發現人

克萊因瓶發現人他在埃爾朗根、慕尼黑和萊比錫當過教授,最後到瞭哥廷根,教授數學。他的主要課題是非歐幾何、群論和函數論。他的將各種幾何用它們的基礎對稱群來分類的愛爾蘭根綱領的發佈影響深遠:是當時很多數學的一個綜合。 著作有《高觀點下的初等數學》,他死在哥廷根。

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