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為什麼那麼多人說克萊因瓶永遠裝不滿?到底有沒有克萊因瓶?
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  • 1 # 霹靂火76228767

    這問題一般人不敢答,因為說了也沒幾個人懂。我們先看看網上怎麼解釋的!

    “數學中的克萊因瓶(Klein bottle)是一種不可定向的閉曲面,沒有“內部”和“外部”之分。克萊因瓶最初的概念是由德國數學家菲利克斯·克萊因提出的。克萊因瓶和莫比烏斯帶非常相像。“克萊因瓶”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。大概是誤寫成了“Flasche”,這個詞才是瓶子的意思。在數學上,克萊因瓶是一個不可定向的二維緊緻流形,而球面或輪胎面是可定向的二維緊緻流型。從拓撲學角度上看,克萊因瓶可以定義為正方形區域[0,1] × [0,1]模掉等價關係 (0,y) ~ (1,y) ,0 ≤y≤ 1 和 (x,0) ~ (1-x,1) , 0 ≤x≤ 1。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里德空間中嵌入,克萊因瓶只能嵌入四維(或更高維)空間。”

    筆者用兩種方法解釋:

    一種是傳統文化的太極的方式。最早的思想是老子提出來的,但是太極圖形是後世衍生出來的,但肯定比莫比烏斯帶和克萊因瓶早。

    太極的陰陽兩級分別用一條魚的形狀表達。在陰魚的最大處,有一個陽魚眼。一般畫得很大的一個點,但是這個點代表的是無窮小的一個點。它在甲骨文中,是無的意思。也就是陽魚的尾巴的起點是從這裡開始的。

    現在我們的數學問題來了。這個太極圖形是畫在二維歐幾里得平面上的,假設不離開這個平面,也就是不進入三維區間,這個陽魚眼怎麼與陽魚的尾巴連線。這就是克萊因瓶遇到的問題。它是用一個三維的瓶子形狀來表達這個問題。如果瓶頸不進入四維,那麼瓶頸就必須穿過瓶壁。也就是現實的三維中,真正的瓶頸不穿過瓶壁的克萊因瓶是不存在的。

    而太極的陽魚眼到陽魚尾巴這是要跨域到三維才可實現可見的連線,而我們將它限制在二維平面,那麼它也就是隻能畫那麼一個點來表示。無法表示連線路徑。這個路徑上升到到三維到四維,那麼就是克萊因瓶。當然,這個路徑也是相對論的數學推論之一--蟲洞。那個點現在的數學解釋是白洞。而連線這個路徑的魚尾巴,我們能夠看見的,就是黑洞視界。

    這是太極理論方法的數學解讀。數學解讀是正確的。

    另一種解讀方式是現代分形分數維的方法解釋。這種數學產生於上世紀七十年角度。

    實際上,真正的2.0維是經典的歐幾里德二維平面。一張放在桌面上的白紙,這是2.0維。如果這張紙有厚度,過去的解讀,就是因為有了長寬高,而變成了三維體系。那什麼是二點幾維呢?從這張白紙上升起一根線來,這就是簡單的2.1維。如果這根線複雜到充滿三維空間的整體,那麼,這就是2.9999維。這個9迴圈。而三維空間的整體,就是3.0維。

    現在我們來看莫比烏斯帶,那是二維嗎?在整個轉身銜接的過程中,它佔用了二點幾維的空間,它已經不是純粹的二維了。它是最接近2.0整數維的一個特殊體。那麼環形和克萊因瓶呢?明顯不是經典意義的二維面。它是經典意義的三維體,但是絕不不是整數三維體。那麼,我們能做出來一個在三維中對付可看的克萊因瓶,就是因為,做出來的克萊因瓶能夠表達的數學原理,實際是大於整數三維,但是小於整數四維的一個幾何體。而實際的克萊因瓶需要4.0整數維多一點點的維度。

    這兩種方法的解釋,比拓撲要簡單一點點,只能假設你懂了。古人要是悟一悟太極的幾何原理,那麼黑洞、蟲洞、白洞假說,都應該是中國人提出來的。至於這個帶和瓶,也就是裝飾品了。遺憾!

  • 2 # 學霸數學

    克萊因瓶是由一名叫克萊因的數學家發現而命名的一個瓶子

    這個瓶子怎麼來的呢,相當於瓶子有一個洞,延長瓶子的頸部扭曲的進入瓶子內部,然後和底部洞相連,就形成了一個克萊因瓶,它有什麼特徵呢?

    在數學領域中,它是一種無定向性的平面,即沒有內部和外部之分,有人會說明明我看到的是一個瓶子怎麼是平面呢,其實表面上我們眼睛看起來它是一個像球一樣封閉的曲面,但它與球不同,一隻蜜蜂可以從其內部直接飛到外面來,而不用穿過其表面,這就說明它其實只有一個面,瓶子沒有內外之分.

    在拓撲學中,它是一個不可定向的拓撲空間.什麼意思呢,我不說的那麼專業,否則很多人看不懂,我們拿球和輪胎作對比,球可以看作是一個圓繞圓心旋轉一週後得到,輪胎可以看作由一個圓繞空間一點旋轉一週得到,而克萊因瓶卻無法做到,我們發現雖然它是一個沒有內外之分的曲面構成,但它的瓶頸和瓶身是相交的,什麼意思,就是瓶頸上某些點佔據了三維空間的同一位置.注意它是一個與自身不相交的無邊界曲面,這是討論的前提,不懂繼續看下面:

    如果我們把它理解為一個二維平面上的一條曲線的話,但它與自身相交.或者斷成三條,故並不能理解為二維的曲線;

    如果我們用三維的莫比烏絲帶作比方,可能更容易理解,然而我們看到的莫比烏絲帶它有邊,與克萊因瓶的特點並不符合;

    其實克萊因瓶的瓶頸是穿過了每四維空間再與瓶底圈連起來的,並不穿過瓶壁.四維空間我們現在理解起來都有困難,只能憑想象了,要想做出克萊因瓶很困難,只能重新粘,因為我們是三維生物,第四維根本只能停留在想象中.

  • 3 # 肖穎50

    看圖說話。它就是太極圖面提示的那種能量轉換關係。根據太極圖原理詮釋,它就是“無極而太極,太極之後是無極”的關係!它的現代科技含義,是由五大工質工作系組合起來的一部完整無缺的能源動力系統總成體。

  • 4 # 星辰大海路上的種花家

    “克萊因瓶”的原理是什麼?

    前幾天給辦公室小妹幫忙換色帶,發現一個很有趣的現象,這條色帶轉了180度和另一頭對接,居然多此一舉還得在色帶框裡調整一下,但突然意識到這就是一個莫比烏斯環,色帶輪換一圈兩面都打了一遍。

    很多朋友都不知道莫比烏斯環現實中有什麼用,色帶就完美的體現了它的用途!在我們所在的三維空間中,有兩個不屬於三維的存在,一個就是前文所說的莫比烏斯環,另一個就是和莫比烏斯環齊名的克萊因瓶!

    克萊因瓶和莫比烏斯環到底有什麼區別?

    莫比烏斯環可以現場製作一個,一條紙帶一頭轉180度和另一頭粘接,然後就形成了一個莫比烏斯環,這是德國數學家、天文學家莫比烏斯和約翰·李斯丁在1858年獨立發現的。

    莫比烏斯環有幾個非常有趣的特性,在莫比烏斯環上只要朝著一個方形走,不需要回頭就能走過紙帶的兩邊,而且沿著莫比烏斯環的中間剪開並不會得到兩個莫比烏斯環,而是一個更大的扭了兩次的環(非莫比烏斯環),不信的話各位可以做一個自己剪開試試。

    這是一個二維平面中扭曲形成的環,我們可以輕易看到它扭轉了180度,所以這都不是什麼事,因為我們在比二維更高的維度三維中觀測這類現象,完全在理解範圍內,如果二維也有文明的話,那麼它們將會在莫比烏斯環上迷失,怎麼都想不明白一直往前走還能回到原點。

    莫比烏斯環只能在二維嗎?其實它可以在三維空間,不過到現在也無法證實三維中是否存在莫比烏斯空間,不過現象是可以想象的,在這個空間內,你一直朝著往前走,但走著走著就發現回到了原點,你肯定會認為遭遇鬼打牆了,但理論上莫比烏斯空間特性就是這樣。

    也許很多人遭遇的鬼打牆,只不過是空間被錯誤扭曲後連線在了一起而已,假如真有發現,千萬別慌,掏出手機錄下來,也許能為科學家突破空間限制提供腦洞思維。

    克萊因瓶又是什麼鬼?

    克萊因瓶更神奇,它不是三維空間中的物品,但即使在三維中已經能表現出它非常有趣的特性,很多人會覺得筆者故弄玄虛,克萊因瓶在某寶上幾塊錢就能買到一個,還說不是三維空間中的物品,這不是開玩笑麼!

    但事實上我們買到的克萊因瓶只是它在三維中的投影,什麼意思呢?因為三維空間中缺少一維克萊因瓶所需的維度,所以在三維中的克萊因瓶是無法展現的,因此各位買到的克萊因瓶就是個假冒貨,但在三維中又是不可能買到真正的克萊因瓶的。

    真正的克萊因瓶是什麼樣的?

    在三維中比較難描述克萊因瓶,因為在三維中展現的瓶子,所以大家都會以為克萊因瓶就是一個瓶子,但其實這個是一個巢狀空間,更準確的說,克萊因瓶在四維中不是一個瓶子,而是一個相互巢狀的空間,怎麼理解?

    在三維空間中如果有一幢房子,假如你要進入房子的話必須進過門,或者窗戶,或者某個通向房內的通道,但如果是克萊因瓶空間就不一樣了,你只要一直朝著房子走,然後莫名其妙的就進入到了房子裡,卻沒有經過任何門和窗,甚至是你所能見到的隧道。

    在三維中的克萊因瓶沒有內外之分,所以它也裝不滿水,總有部分空間是無法裝水的,所以加入你家的別墅是個克萊因瓶空間,那麼保證有很多人和動物會莫名其妙的闖進來,而且大家都一臉懵逼,是不是很可怕?

    假如有一個能操控高維的文明,那麼我們三維中所有的建築都擋不住它們,因為將其弄成克萊因瓶空間即可,甚至直接在四維中的額外維進入這些建築,是不是很可怕?其實道理很容易理解,我們可以操控二維平面上的螞蟻,想怎樣就怎樣,四維對三維的操控其實也同樣。

    四維是不是真的存在?

    對於高維是否存在,大家肯定有話要說,科學家也不知道高維是否存在,但他們證明了高維整個基本作用力體系都會受到影響,三維空間中,電磁力和引力都和距離的平方成反比,但在四維空間中,卻是和距離的立方成正比,這種情況下你會發現一個問題,物體之間結合的電磁力將會縮小到無法維繫結構的程度。

    同樣引力也想出現類似的變化,結果是什麼,這些物質都將變成一盤散沙!後果是可怕的,那麼表示高維將不再可能?其實也未必,因為對於空間的操控完全可以在三維中進行,只是我們現在對空間知之甚少,甚至只是將其作為無處不在,在其內部應用而已!

  • 5 # 相信科學的力量

    1882年數學家費利克斯·克萊因(Felix Klein)提出了一個沒有明顯限制的獨立的“克萊因瓶”模型。 克萊因瓶子是一個彎曲的表面,沒有邊緣,像球體一樣封閉,但只有一個表面。 在數學領域,克萊因瓶是指無向平面。 與二維平面一樣,“內部”和“外部”之間沒有區別。

    克萊因瓶的結構主要表現為在底部帶有孔的瓶,該孔使瓶的頸部拉長,在瓶內旋轉,然後連線到底部的孔。該物件沒有“邊緣”,並且其表面一直延續。此外,克萊因瓶還不同於我們每天看到的球形表面。例如,一隻小蜜蜂可以從瓶子的內部直飛到瓶子的外部,而不會穿過表面。換句話說,克萊因瓶子在“內部”和“外部”之間沒有區別。

    如果檢視克萊因瓶的圖片,會注意到它的瓶頸和瓶身交叉,並且瓶頸的某些點和瓶壁上的某些點在三維空間中佔據相同的位置。真的是這樣嗎? 實際上,克萊因瓶子是一個彎曲的表面,實際上可以在四維空間中表達。即克萊因瓶的瓶頸是先穿過了第四維空間然後才和瓶底圈相連的,並不穿過瓶壁。

    如何才能製作出克萊因瓶呢?有兩種方法。

    環面變形。 以輪胎為例。 首先,切掉一部分輪胎以製成彎曲的圓柱體。 請注意,圓柱體的一側較寬,而另一側較細。 然後將細端插入圓柱體側面的孔中,但不和管壁相交,再從寬的那端深處伸出,使邊緣自然相連,這樣就可以得到克萊因瓶了。

    莫比烏斯環變形。 首先準備兩個對稱的莫比烏斯環,並將該環的邊緣綁在一起,以使彎曲成為克萊因瓶的“入口”。

    正確切開一個克萊因瓶,以獲得兩個莫比烏斯環。 相比之下,莫比烏斯環的邊框非常清晰,而克萊因瓶則是一個自我封閉沒有明顯邊界的模型。儘管克萊因瓶是一個數學發現,但它的應用並不侷限於數學領域。 它與傳統文化,藝術創作和工業生產息息相關。

    這種瓶子可以延伸到宇宙。 許多人認為人類生活在宇宙中是因為地球存在於宇宙中,但有時可以說我們生活在宇宙之外是因為我們永遠都不會看到在宇宙的極限處以及對於宇宙而言,無論生活在何處 ,它不會影響其他天體之間的距離,就像克萊因瓶一樣沒有裝滿,就像在宇宙中一樣。 不管有多少顆恆星,它們似乎都不會填滿整個宇宙。

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