第170章 超科院系(1 / 2)

他自书中来 缪清音 4161 字 2020-02-22

“院长,各位老师们,我先说一下克莱因瓶。因为这在以后,可能需要集结众人的力量去做一件事。”秦凤仙抱琴,对众人躬身,微微颔首,道,“首先,克莱因瓶这个名字的翻译,其实,是有些错误的。最初的名字是来自星河文明发源地的一个国家,德国。德语命名时,叫‘klehe flhe’是‘克莱因平面的意思。因为翻译问题时写成了fhe,成了现在用语瓶子的意思,也就被后世称之为克莱因瓶。不过,不要紧,‘瓶子’这个词用起来也挺合适的。”

“克莱因瓶,是星河历1882年,德国著名数学家菲利克斯克莱因(feli kle)发现了。这是一个,像球面那样封闭的,也就是说没有边的曲面。但是它却只有一个面。在学院上空,我们看到,克莱因瓶的确就像是一个瓶子。但它没有瓶底,它的瓶颈被拉长,然后似乎是穿过了瓶壁,最后瓶颈和瓶底圈连在了一起。如果瓶颈不穿过瓶壁而从另一边和瓶底圈相连的话,我们就会得到一个环面。”

“克莱因瓶,是一个不可定向的二维紧流行,而球面和磨盘面试可定向的二维紧流形。如果仔细观察克莱因瓶,有一点似乎令人困惑?克莱因瓶的瓶颈和瓶身是相交的,换句话说,瓶颈上的某些点和瓶壁上的某些点占据了三维空间中的同一个位置。”

“当我们把克莱因瓶放在四维空间中理解才是完美的。克莱因瓶是一个在四维空间中才可能真正表现出来的曲面。如果我们一定要把它表现在我们生活的三维空间中,我们只好将就点,把它表现得似乎是自己和自己相交一样。克莱因瓶的瓶颈是穿过了第四维空间再和瓶底圈连起来的,并不穿过瓶壁。用扭结来打比方,如果把它看作平面上的曲线的话,那么它似乎自身相交,再一看似乎又断成了三截。但其实很容易明白,这个图形其实是三维空间中的曲线。它并不和自己相交,而是连续不断的一条曲线。在平面上一条曲线自然做不到这样,但是如果有第三维的话,它就可以穿过第三维来避开和自己相交。”

“只是因为我们要把它画在二维平面上时,只好将就一点,把它画成相交或者断裂了的样子。克莱因瓶也一样,我们可以把它理解成处于四维空间中的曲面。在我们这个三维空间中,即使是最高明的能工巧匠,也不得不把它做成自身相交的模样。就好像最高明的画家,在纸上画扭结的时候也不得不把它们画成自身相交的模样。有趣的是,如果把克莱因瓶沿着它的对称线切下去,竟会得到两个莫比乌斯环。”

“如果莫比乌斯带能够完美的展现一个“二维空间中一维可无限扩展之空间模型”的话,克莱因瓶只能作为展现一个“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”的参考。因为在制作莫比乌斯带的过程中,我们要对纸带进行180°翻转再首尾相连,这就是一个三维空间下的操作。理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”应该是在二维面中,朝任意方向前进都可以回到原点的模型,而克莱因瓶虽然在二维面上可以向任意方向无限前进。”

“但是只有在两个特定的方向上才会回到原点,并且只有在其中一个方向上,回到原点之前会经过一个“逆向原点”,真正理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”也应该是在二维面上朝任何方向前进,都会先经过一次“逆向原点”,再回到原点。而制作这个模型,则需要在四维空间上对三维模型进行扭曲。”

“克莱因瓶定义为正方形区域[0,1][0,1]模掉等价关系0,y~1,y, 0≤y≤1和,0~1,1, 0≤≤1。类似于bi band,克莱因瓶不可定向。但bi 带可嵌入,而克莱因瓶只能嵌入四维(或更高维)空间……”

当秦凤仙讲述完克莱因瓶时,并且取出纸张和笔来勾画时,除了宋小朋,其他所有人都看得,