“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”上下五千年,无数杰出人士在科学领域散发出自己的光与热。东晋时期火药出现,唐朝雕版印刷术出现,战国指南针出现,西汉造纸术出现,先进的发明代表着人们对于未知事物的探索,以及对于真理的渴求。
空间的概念,在我们学习数学,物理知识的过程里,都会接触到。零维就是一个点构成的维度,一维空间就是由线段构成的空间,三维空间就是立体空间,也就是人类所处的空间。后来,科学界还提出了四维空间的概念,而且克莱因瓶作为在四维空间里才能存在的物品,也让许多人展开探索。都说克莱因瓶造不出来,为何已有人买到瓶子,还将它装满?
要想了解克莱因瓶,首先就需要知道莫比乌斯带。莫比乌斯带看上去很普通,就是一个非常扭曲的纸带圈,我们三维空间里的纸带圈,一定是分正反两面的,但是莫比乌斯带和我们看到的三维空间之中的纸带圈有所不同,它只有一个面。
因为莫比乌斯带只有一个面,所以,若是有什么东西去爬莫比乌斯带,根本就不用跨越莫比乌斯带的边缘,就可以沿着莫比乌斯带整个曲面去爬行。莫比乌斯带本来只是一个二维物体但是它在三维空间之中,却能够通过扩展,变成一个空间模型。
莫比乌斯带已经可以给人们展示许多关于空间维度的真理,但是,数学家菲利克斯·克莱因在了解到莫比乌斯带之后,觉得莫比乌斯带还是不够完美,于是他便决心制造出一个比莫比乌斯带更完美的空间模型。
菲利克斯·克莱因在很久的努力之后,便提出了克莱因瓶的概念。克莱因瓶是一个四维空间里才能存在的物体,我们生活在三维空间里的人,也只有通过想象,才能知道到克莱因瓶的样子。克莱因瓶的瓶颈可以直接和瓶底连接起来,而且不用经过瓶壁,这样说起来似乎显得晦涩难懂,用最简单的话语描述就是,克莱因瓶的瓶颈和瓶壁相交,于是无论用多么大量的液体注入到克莱因瓶之中,克莱因瓶都不可能被注满。
也就是说,克莱因瓶没有内部和外部之分,它在四维空间里存在,不能用三维空间之中形成的认知去分析它,也就是说,若是有一个动物从克莱因瓶的内部往外部飞,是不需要穿过表面的,而且也不需要什么出口,这也就是克莱因瓶没有内外之分的意思。
四维空间比三维空间要多一个维度,在一些小说之中,也会出现那些在高维度空间里生存的人,运用一些手段,把三维空间打压成二维空间,由此来形成一种摧毁,这样也就是一种维度打击,维度战争,所以,了解维度的概念是非常重要的。
若是想要把莫比乌斯带延伸成克莱因瓶,其实通过一定的方法就可以。这种方法,就是找到两条莫比乌斯带的边,然后把它们缝合在一起,这样也就可以得到一个克莱因瓶,也就是说,只要把克莱因瓶剪开,就可以从中找到两条莫比乌斯带。
四维空间是科学家们在探索空间概念的过程里,产生的一种想象。这种想象同时具备一定的科学性,因为它们完全可以用数学知识和物理知识去解释这一概念。不过,克莱因瓶作为在四维空间里才能存在的物体,确实不可能在三维空间里制造出来,但是却有人说,已经买到了克莱因瓶,而且还将它装满了,这究竟是怎么一回事呢?
其实,这样的“克莱因瓶”只是仿造品,从严格理论上来讲,它们根本不是克莱因瓶。这些仿造出的克莱因瓶,只是在三维空间里,用四维空间的形状去构建了一个克莱因瓶,这样的克莱因瓶是有瓶底的,所以若是往其中去注水,自然也会有注满的那一刻。
空间的维度概念,有具体的划分。那些市面上出现的克莱因瓶,显然不符合空间的概念,它们只是人们为了吸引到经济效益才制造出来的产品,若是放在家中欣赏,倒也无伤大雅,但是若拿它与克莱因瓶去比较,还声称这就是克莱因瓶,显然就是不具备严谨的科学态度的行为了。
科学家们对于空间,作出了很多的探索,在现代社会,人们也在更加努力地去探索未知的世界。
参考资料:
《冬夜读书示子聿》
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