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三維空間造不出克萊因瓶,為什麼已有人買到了瓶子,還把它裝滿了?

克萊因瓶、莫比烏斯帶是數學領域當中的一種無定向平面。瓶子的結構大致是:一個瓶子底部有一個洞,延長瓶子的頸部,讓它扭曲到瓶子內部,然後跟底部的洞口相連線。

三維空間造不出克萊因瓶,為什麼已有人買到了瓶子,還把它裝滿了?

從理論上來講,克萊因瓶、莫比烏斯帶都是不存在的東西。但是在科學領域,不存在的東西也會存在,哪怕是彭羅斯階梯也能存在。

彭羅斯階梯一度被認為是民間的“鬼打牆”,因為這種階梯它始終都是朝上或者朝下,都走不到盡頭的階梯。這個階梯也是非常有名的“數學悖論”之一,不過在《盜墓空間》當中,人們試圖建造“彭羅斯階梯”。

雖然沒有徹底完成,卻也證明的可行性,而想要這種特殊的階梯存在,必須將其放入到更加高階的空間當中。

在三維空間當中,“彭羅斯階梯”有著種種限制,原本克萊因瓶也應該受著限制, 但是為何有人將克萊因瓶給造出來的呢?

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德國大數學家菲利克斯·克萊因在幾何方面有著重要的成就,他早期的一些論文證明了歐式幾何是相容的,同時將它替換到非歐幾何上,即便是現代數學,我們依舊還在用菲利克斯·克萊因的變換理論。

不過人們並沒有在幾何、函式、力學成就上記住菲利克斯·克萊因,反倒提出的“數學悖論”讓他名揚世界。

1882年,菲利克斯·克萊因在研究曲面和球面時,設想一個沒有封閉的球面和沒有邊的曲面,也就是克萊因瓶,提出理論之後,菲利克斯·克萊因也試圖去證明,但他發現在三維空間當中,克萊因瓶無法存在。

於是菲利克斯·克萊因就將它放在四維空間當中,在四維空間當中,物體能夠無限延長,瓶頸也能穿過第四維空間抵達瓶底,而不跟瓶壁結合。

克萊因瓶的理論就是在不打碎雞蛋殼的前提下取出蛋黃,在三維世界當中這是不可能辦到的,可要是放在四維空間裡面卻可以。

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這個有趣的設想成為了數學當中一大謎團,一直以來,人們都在試圖去解釋克萊因瓶,但是技術有限,它一直都是一個“不可能”的設想,不過如今的工業技術,已經非常發達了,那麼我們是否製造出了克萊因呢?

在市面上一直都有這種“克萊因瓶”存在,就好比莫比烏斯帶一樣,普通的紙帶一般只有正面和反面,但是用一條白色的長紙條,將其中一面塗成黑色,然而一端扭轉180度,再將兩端連線起來,這就形成了一個莫比烏斯帶。

當我們改變普通紙條的形狀時,原本在四維空間存在的東西,也能在三維空間存在。

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克萊因瓶跟莫比烏斯帶在理論上雖然一樣,但又有一些細微的差別,因為克萊因瓶曲面是不存在的,瓶頸是穿過了四維空間連線了瓶底,在市面上流通的“克萊因瓶”的瓶頸則是跟瓶子曲面發現的相交,也就是瓶頸和瓶壁相交。

市面的“克萊因瓶”也只有一個進出口,若是往裡面灌水,也能可以灌滿,不過在四維空間中,克萊因瓶是無法被灌滿的,這就是三維“克萊因瓶”和四維“克萊因瓶”之間的差距。

克萊因瓶雖然困擾著數學界,但毫無疑問,這也引發了大數學家們探討疑問,並在疑問中發現更加深奧的問題。

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或許有一天我們能夠發現四維空間的入口,那麼“克萊因瓶”的謎題就能徹底解開了。

到了那一天,人們的科技將會更進一步,若是能夠進入四維空間,也就意味著人類已經掌握了時空穿越技術。

人類科技發展以來,接觸到最多的還是三維世界,四維空間到底是什麼東西,我們也不清楚,它真的存在嗎?

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從量子學的角度來講,量子可以穿過很小很小的物體、時空,科學家透過研究發現,一些量子在運動時減少了很多,這意味著一部分量子可能進入了另外一個空間,這個空間到底是什麼,依舊有待研究。