復聯四中的莫比烏斯環究竟是幾維的?

2022-01-10 04:13:56 字數 1866 閱讀 4832

復聯四中有乙個情節,鋼鐵俠拒絕了隊友的求助,而後在內心的驅使下,對著乙個立體的莫比烏斯環,自行驗證時空穿越的可能性,最後實驗成功,一切重啟。

時空穿越現階段只在電影裡有可能,而莫比烏斯環的維度問題,我們現在就可以來聊一聊。

某度中對莫比烏斯帶的解釋如下:

它是由德國數學家、天文學家莫比烏斯(august ferdinand möbius)和約翰·李斯丁(johhan benedict listing)在2023年獨立發現的。這個結構可以用乙個紙帶旋轉半圈再把兩端粘上之後輕而易舉地製作出來。事實上有兩種不同的莫比烏斯帶映象,他們相互對稱。如果把紙帶順時針旋轉再貼上,就會形成乙個右手性的莫比烏斯帶,反之亦類似。

當物體沿著莫比烏斯帶的中線移動時,就會發現可以從紙張的正面平滑的移動到紙張的背面,看起來,這兩個面似乎是在同乙個平面裡,維度相當於零,這樣的認識究竟錯在**了呢?

首先,按照現有「維度」的定義,乙個具體的紙帶它一定是三維的,用長、寬、高來表示,但這樣的三維設定無法解釋兩個面之間為什麼會平滑連線,因為,在現有的「維度」定義中沒有將旋轉視為乙個維度。

地球是旋轉的、太陽系是旋轉的、宇宙應該也是在旋轉的,而我們一直沒有把旋轉看做是乙個維度。

乙個紙條可以看成是長和寬構成的二維平面,如果只是直線方向上增加維度,它始終變不成曲面,而通過增加乙個水平的旋轉維度,一張紙條就可以變成乙個柱面形狀。

如果再將這個圓柱面切開,介面處旋轉180度,重新接上,就可以得到莫比烏斯環。在這樣的操作中,在圓柱面的垂直方向上又增加了乙個旋轉的維度,旋轉方向與下圖所示。

從這樣的角度來看,莫比烏斯帶實際上是二維平面增加了兩個旋轉維度之後的產物。兩個旋轉的維度互相垂直,不可以互相替代,因此,莫比烏斯帶是帶有兩個旋轉維度的四維空間。

圓柱側面上如果繼續增加旋轉的度數,它的變化是連續的,並且可以用圓柱面的維度引數來進行描述,因此,並不會導至維度的繼續增加。

圓柱面上的旋轉可以有兩種方向(正旋和反旋),會形成兩種不同的莫比烏斯帶,從維度上來說它們是相同的四維空間,只是旋轉的方向有差別。

直線運動與圓周的旋轉運動相疊加,可以產生螺旋狀曲線。直線可以看做是一維空間,那麼螺旋線則是二維空間。從數學公式上可以知道,當直線上的速度為零時,按照圓周進行運動的動點可以畫出乙個圓來,因此,從運動的角度來看,圓是乙個純粹的一維旋轉的空間。

慧星從天際滑過,在我們眼中,它劃出了一條直線,而地球的旋轉我們感覺不到,二者在空間中的疊加軌跡恰好是一種螺旋狀的軌跡。

與莫比烏斯環最相似的空間環境應該是洗衣機內的水流。整體繞著中心軸在旋轉,旋轉的過程中水流受機體結構的影響,上下翻轉著。如果能把這些水流切成帶狀,那麼一定是莫比烏斯帶的形狀。

因為有了旋轉的維度,太陽每天都從東方公升起,終點可以變成起點,世界有著無限連通的可能性,是否宇宙就是按照衣機模式在執行著呢?每乙個星系就是乙個流動的旋渦,每乙個星球就是這旋渦中的一粒塵埃。

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