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著名的“克萊因瓶”有多詭異?為什麼科學家窮其一生也無法造出?

2021-09-19由 女性時尚美妝 發表于 體育

引言:維度是生物看待事物的一種方式,生活在二維度的生物看到三維度的生物一般是平面形狀,就好像多個平面交疊在一起,那麼存在三維度的生物看到四維度的物質又會怎樣呢?比如我們人類看到的第四維度克萊因瓶又是怎樣的呢?人類可以製造出第四維度的克萊因瓶嗎?答案似乎與第四維度有關。

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生物看待事物一般是從自己生活的維度去觀察,如螞蟻的視覺看到的世界是二維度的,而三維度生物在他們眼裡就是一張張重疊的平面組成,就好像每個平面都相交在一起,是互相結合的,可是一旦跳過螞蟻的思維,從三維度的世界來看三維度的生命,發現螞蟻眼中重疊部分並不是重疊了,而且成為了三維空間的高,呈現立體的形狀,因此當我們人類用三維空間的眼光去觀察四維空間的物質,也很有可能出現跟螞蟻一樣的錯覺,以為物質之間是有交叉。

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事實上只是所在維度不一樣,瞭解的事物本質不一樣,就好像平時畫圖時,要畫一個長方體的空間對角線,在二維平面的白紙上面看到的空間對角線是穿過一條線的,但是用三維立體的角度去觀察,這根對角線其實是不與任何線相交的。

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同理,人們在看到第四維度的事物時,也會看到立體物體相交的場面,如德國數學家菲利克斯·克萊因就提出過四維物質克萊因瓶,一種被人們看成立體相交的四維物質,不過有人針對這一物質,提出人類是否可以從三維的角度製造出四維的物質呢?比如克萊因瓶,讓四維的物質也能呈現在三維世界裡。

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其實克萊因瓶是一種四維空間物質,是沒有定向性的閉曲面,沒有三維物質的內外部之分,也就說克萊因瓶是內外相連,如瓶子中假如有一種蜜蜂,那麼蜜蜂就可以跟隨著瓶子的管道,從瓶子的底部往上飛,飛到瓶頸,之後接著飛到瓶子的瓶口,然後就可以飛到外面去,這個過程中,蜜蜂一直都沒有穿過任何平面,而是跟隨著瓶子的表面飛行。不過克萊因瓶在三維世界的人類看來,就好像是瓶頸穿過瓶身表面,然後直接與瓶口相通,這就是人類看待四維物質的視角。

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不過在四維世界中,克萊因瓶的頸部並不是穿過瓶身的表面與瓶底相通,而是繞過瓶身直達底部的瓶口,其實這個瓶口並不是在三維中,而是在第四維時間中,瓶口透過第四維時間與瓶底相連,使得整個克萊因瓶可以從瓶底一直延伸到瓶口,中間沒有任何的立體物質交叉。

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其實這個原理跟莫比烏斯帶的原理差不多,莫比烏斯帶是由正反面的兩個平面組成的,透過一邊旋轉180°後與另一端相接,這樣在上面的物體就可以不需要繞過邊界繼續奔跑。

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而莫比烏斯帶在二維世界裡就是扭曲,但是在三維世界裡就是合理的存在,透過這樣的扭曲可以使得物體可以一直在上面運動,不需要繞過邊界,也就是說二維世界的東西在二維世界裡是很難製作的,也是很難成立的,但是在三維世界裡就是可以成立,並且製造得剛剛好,完全符合設計的理念。

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同理四維物質克萊因瓶在三維世界裡製作出來會出現各種相交,明明是沒有內外部之分的瓶子,在三維世界裡就出現了內外部之分,不過在四維世界裡,克萊因瓶卻是無定向性的閉曲面,瓶子表面的物體可以自由行走在瓶子的所有表面,只要想走都可以走到任何表面。

著名的“克萊因瓶”有多詭異?為什麼科學家窮其一生也無法造出?

對此,小編認為主要是看待事物的角度不一樣,螞蟻看到的三維世界的人類是各個平面的相交,同樣人類看到的四位物質克萊因瓶有內外部之分,有相交的部分,但是想要製作超維度的物質,其實還是比較困難的,畢竟人類作為三維生物看到的四維克萊因瓶就是出現各種事物錯覺了,製造的出來的克萊因瓶未必就是真正的第四維度的克萊因瓶,對此人類更多地是去猜測第四維度的克萊因瓶就是這樣子的。

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那麼對於第四維度的物質,如克萊因瓶,你認為處於第三維度的人類可以製造出來嗎?人類可以透過第四維度的物質來了解真正的第四維度是怎樣的,從而瞭解弦理論裡面的宇宙九維度+一維時間到底蘊含著怎樣的宇宙意義。

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