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整个地球上的水灌进去,都装不满这个瓶子,它真的有这么大吗?

05-18 旅游

这个瓶子名叫克莱因瓶,是指一种无定向性曲面

1882年,数学家克莱因发现了这一结构。从外观上看,它十分独特,就像是一个瓶子。底部有一个洞,延长瓶子的颈部,并且扭曲地进入瓶子内部,然后和底部的洞相连接。

那么为何整个地球上的水都装不满克莱因瓶呢?

这是由于它与人们使用的杯子不同,它没有“边”,其表面也不会终结。并且由于它并非密闭的,所以如果你在瓶颈的开口处向内注入水,水将永远无法将其装满。

一只苍蝇可以从瓶子的内部直接飞到外部而不用穿过表面,所以它没有内外之分

而且它本质上也并非是一个瓶子,而是一个曲面。当年,它被称为克莱因瓶其实源于一个翻译上的小错误。不过,由于其形态上的确和瓶子很像,人们自此便沿用了这个称呼。

其实,我们目前在市场上看到的各种克莱因瓶,其实都是假的

因为在我们看到的一些模型中,克莱因瓶的瓶身和瓶颈会呈现相交的状态,然而,真正的克莱因瓶的结构其实并非如此。

它是一种在四维空间内才能被真正呈现出来的曲面。真实情况下它的瓶颈部分是穿过了第四维度空间再与瓶底的开口相连的,因此并不会穿过瓶身,更不会和瓶身相交。

然而由于我们只能在三维空间中表现出它的形态,所以才不得不将其表现为相交的状态。打个比方来说,绳子打结后,如果在三维的空间中,看绳子本身其实并不和自己相交,但如果把其是做成平面上的曲线,那么它在打结处看起来就是和自身相交的。

因此,在三维空间中,想要制作出这个四维物体还是非常困难的。现实世界中即使是技艺再高超的工匠,也只能将其做成与自身相交的模样。