"克莱因瓶"的四维空间是怎么回事?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/30 23:47:44

为了解释宇宙的有限无边,有人提出了"克莱因瓶"的四维空间模型,这是很多模型中的一种。
在逻辑上,要求,宇宙是有限的,但是没有边缘。作为宇宙模型,在三维中是很难思考的,但是,使用抽象代数,那是很容易理解与研究的。高维几何模型,一定要用抽象代数研究。
在数学上,"克莱因瓶"的四维空间模型,可以解释有限无边的性质,但是并不完美,没有办法解释一些物理现象。然后,要引入四维交换不变,这样,进一步演化出更多的模型,一般使用抽象代数研究。进一步引入拓扑。再引入更高维,于是,有很多试图解释有限无边的数学模型。回答者 黄戈石

我们可以说一个球有两个面——外面和内面,如果一只蚂蚁在一 个球的外表面上爬行,那么如果它不在球面上咬一个洞,就无法爬到 内表面上去。轮胎面也是一样,有内外表面之分。但是克莱因瓶却不 同,我们很容易想象,一只爬在“瓶外”的蚂蚁,可以轻松地通过瓶 颈而爬到“瓶内”去——事实上克莱因瓶并无内外之分!在数学上, 我们称克莱因瓶是一个不可定向的二维紧致流型,而球面或轮胎面是 可定向的二维紧致流型。
如果我们观察克莱因瓶的图片,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。但是事实却非如此。事实是: 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,只好把 它表现得似乎是自己和自己相交一样。事实上,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。这是怎么回事 呢?
我们用扭节来打比方。看底下这个图形,如果我们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,而且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,这是一个事实上处于四维空 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;就好象最高明的