为什么人们说克莱因瓶造不出来?可那瓶子看起来好像可以造啊?

枯草随风飘动


首先,宇宙大自然有并且只有一个三维空间。其次,如果想用克莱因瓶来证明四维空间的存在,由于四维空间本身并不存在,这也就注定这样的瓶子仍然属于三维空间的产物。即然这个瓶子是三维空间的产物,那么人类也就一定造的出来。再次,如果克莱因瓶并个属于三维空间的产物,那样人类的确制造不出这个瓶子,但是由于超出三维空间的高维空间并个存在,那么这样的瓶子也就只能存在于人类某些个体的潜意识中。而实上这样的瓶子本身也不存在。


天泽方圆之杨春顺


已经造出来了



奋青style1


因为你看见的实际上只是一个三维的投影,但克莱因瓶实际是四维的物体。克莱因瓶是科学家们臆想的一个物体,主要帮助我们理解四维的一些特性。

为什么不少人认为克莱因瓶容易造?

因为我们所有人看到的克莱因瓶简化后都是上图这样的,我们会清楚的看到扭转过来瓶体从瓶身中穿过。所以这个瓶子很容易造啊。比如下图这样。

看,一个克莱因瓶造出来了。

可是这完全只是一个三维认知的仿克莱因瓶,并不是德国几何学大师菲立克斯·克莱因 (Felix Klein)所描述的不分内外的奇异瓶子。

克莱因瓶实质是指一种无定向性的平面,就像莫比乌斯环一样,如下图

一个不分正反的扭曲循环的面。

而我们之所以能做出莫比乌斯环,是因为我们在一个三维空间中,在比二维多的一个维度中扭转这个平面,首尾相接就能搞定。

而克莱因瓶就是莫比乌斯环的三维升级版。

为什么实际上我们根本造不出来?

正如莫比乌斯环要在三维空间中才能制作出来,克莱因瓶就必须在四维空间中才能制作出来。没有多出来这一个维度空间,我们无法扭转三维的物体使它首尾相接。

所以克莱因瓶实际上是四维空间中的一个扭曲的面。

真正的克莱因瓶是不会和瓶体相交的。这样的形象,作为三维世界的我们,只可意会不可言传,当然更不可图绘。

但我们又有极强的表现欲啊,画不出真的模样,就搞个高仿嘛。

所以对于那些只是看到我们画的高仿图,而没有了解克莱因瓶真正含义的人来说,这个瓶子制作其实很简单嘛,实际上我们与克莱因瓶隔着无法逾越的天堑鸿沟。

克莱因瓶的意义是什么?

人类之所以比其他生物优秀,就是我们总是敢于去思考一些挑战现实的事情,也喜欢去设计许多的思想实验。

而克莱因瓶就是几何大牛菲立克斯·克莱因设计出来挑战四维空间认知的神器,我们把不属于我们这个世界的东西通过想象去刻画出来,以锻炼我们的思维能力。

“如果能拥有一个没有正反的平面,为什么不能拥有一个没有内外的三维立体?”

这就是菲立克斯·克莱因用克莱因瓶给人类提出的一个空间思考命题。

总结一下

克莱因瓶能不能造出来其实不重要,重要的是能不能想到,作为探知宇宙才刚刚起步的人类,谁知道真正的宇宙到底是什么样子的?

整个人类文明不过还是一个坐在宏大宫殿角落里画着小圈圈的孩子而已。


想法捕手


在回答这个问题之前,我们先来看一下什么是克莱因瓶?克莱因瓶,是1882年由著名的数学家菲利克斯·克莱因发现的,所以就命名其为“克莱因瓶”。


它是像球面一样封闭的曲面,但它只有一个面,在数学中它是一种无定向性的平面。克莱因瓶的结构就可以表述成,在瓶子的底部有一个洞,延长瓶子的颈部并扭曲地进入瓶身,进而和瓶内底部的洞相连接。可以说,这种物体是没有“边”的,它的表面不会终结。那么,为什么我们制造不出来克莱因瓶呢?

克莱因瓶说到底其实是科学家们的一种构想,它是存在于四维空间中的,而我们人类现在所处的是三维空间。从克莱因瓶的构造来看,它的瓶颈与瓶底相连接,所以这个瓶子与我们现实生活中的瓶子是不同的,它是否能装水还都是未知的。



不仅如此,克莱因瓶的造型也是非常奇特的,它没有瓶口,没有瓶底,科学家们曾试图制造过,却没有一个能够成功的。因为克莱因瓶是一个不可定向的二维紧流形它瓶颈上与瓶身上的某些点是占据着三维空间中的同一个位置的,所以说它是不可能在三维空间中存在的,这也是科学家们制造不出它的原因。



克莱因瓶只有在四维空间中才能得到实现,在四维空间中它的曲面才能得到展现。克莱因提出的这个拓扑学中的奇特物(克莱因瓶)也只是一种不可能的设想罢了,它根本没有内外之分,所以无论现在的技术多么高超,也是无法制造出这种虚拟的克莱因瓶的。


阿菜科普


瓶子可能没有什么特别,所有瓶子都会有装满的时候,但是这仅仅存在于我们生活的三维空间。今天我们来了解一下克莱因瓶,一个永远装不满的瓶子。


随着对宇宙探索的深入,我们了解到了很多未知的领域,而人类所处的环境其实就是宇宙中的一个三维空间,相对于其他纬度来说还是比较低级的。

克莱因瓶看起来就是三维空间的一个大奇葩,之所以装不满水是因为克莱因瓶本身是封闭的,其底部有一个洞,而且克莱因瓶是没有内外之分的,从侧面看,就是一条曲线,即便物体穿过的方向不同,最后到达的终点都是一样的。所以说克莱因瓶的瓶颈是就是四维空间,然后和瓶底圈连起来的,不穿过瓶壁。



克莱因瓶看着也和普通的瓶子没有什么区别,但是我们看到的只是它在三维世界的投影,也只是一个模型而已,真正这种扭曲的克莱因瓶是无法在我们所处的三维空间中制造出来。

三维空间和四维空间虽然只差了一个纬度,但是我们现在对四维世界甚至都无法想象出是什么样子,就像我们在平面中非要制造一个球体一样。


莫比乌斯环,在二维世界无法实现的事情在三维世界却可以做到。

在克莱因瓶中,会发现从正面到背面然后又从背面到正面是永远走不出去。

假如在克莱因瓶里面装满了水,里面的液体就可以内外进行循环的。在一个封闭的空间中水进行内外的循环,而这在人类所处的三维空间里是不可能实现的,需要四维空间才可以的。

如果想要制造出克莱因瓶那么我们人类文明就必须在三维的基础上增加时间轴的概念,也就是尽快达到四维空间。


星球上的科学


先看看现实中所谓的克莱因瓶到底什么样子,如下图:

这是克莱因瓶的一个典型图例,其他克莱因瓶也是大同小异,本质上是一样的。这种瓶子可以制造出来吗?当然可以,制造出来并不难,其实它就是一个比较复杂的瓶子而已,一个通过自己与自己相交首尾相连的弯曲瓶子。

说白了,并不是理论上真正的“克莱因瓶”,它也不可能装下无限多的水。理论上的克莱因瓶如果存在,确实可以装无限多水,为什么?因为理论上的克莱因瓶没有内外之分,也可以说内就是外,外就是内,当然可以随便装水!

理论上的克莱因瓶确实是首尾相连的,但远不是图片中那样的连接方式,是穿过四维空间后首尾相连的,并不是通过本身的相交相连。但由于在三维空间里,无论如何我们都无法描述穿过四维空间的首尾相连,只有通过自身的相交来想象!

所以,不是说克莱因瓶肯定不存在,而是说它存在的前提是四维空间必须存在,如果四维空间不存在,克莱因瓶就肯定不存在。克莱因瓶是四维空间里的事物,并不是三维空间的产物。所以,不要幻想在我们的三维空间制造出所谓的克莱因瓶,那是不可能的。市面上所谓的克莱因瓶其实也就是比较复杂一点弯曲的瓶子而已,不信的话你可以买一个看看!

那么,四维空间到底存不存在?只能说,四维空间是数学上的概念,也是一种假想概念,在长宽高的基础上多一个维度(不是时间),这个维度在哪里?真的存在吗?我们只能想象猜测,甚至连想象都想象不到!要想用严谨的科学去证明目前看来是不可能的!


宇宙探索


克莱因瓶不是造不出来,而是在我们生活的三维空间制造不出来,因为严格意义上说,它不属于三维空间,克莱因瓶是人凭借想象在四维空间才可实现的构想,从描述我们就能看出克莱因瓶是不存在瓶底的,说的通俗一些其实是瓶口就是瓶底。那么,我们不去看克莱因瓶的样子,单纯凭空想象,一个瓶口就是瓶底的瓶子,当然水是无法注满的。

现在的所谓的克莱因瓶是一个矛盾的自穿破又自封闭的连续二维曲面(实际为三维)半包含了一个半开放的三维空间(因其可以装入物质)。这已经导出了四维空间的矛盾性,我们找不到与前三维互垂的点在哪里?三维空间互垂的点在原点上(0点),若四维空间存在则在原点上必然能引出一维来互垂于原来互垂的三维,且不破坏原三维的互垂性的,这显然就是矛盾的。

莫斯乌比环与之比较类似,在二维空间中根本无法展现莫斯乌比环,但是在三维空间中就可以,所以莫斯乌比环我们是可以制作出来的。

莫斯乌比环和克莱因瓶都属于拓扑学中研究的“怪物”。简单的理解如下图,如果在二维空间来看两根绳子是相交的,但是如果再给它们一个空间维度,两个绳子不会相交。克莱因瓶就是如此,只是从三维到四维的转化。

所以理解空间的多维的意义不只是解数学的高次方程,而是要自然地理解物质的世界。


五好导学


一个同事曾很真诚的告诉我“内事不决上淘宝,外事不决问百度”!所以,题主质疑克莱因瓶制作不出来,是很有道理的!

某宝上,别说克莱因瓶,就是薛定谔的猫、莫比乌斯的环都是99元还包邮!

我无F可说。

什么是克莱因瓶?

为了显摆知识,先上点硬货,大家死记硬背一下没坏处!

在数学领域中,克莱因瓶(Klein bottle)是指一种无定向性的平面,没有“内部”和“外部”之分。

在拓扑学中,克莱因瓶(Klein Bottle)是一个不可定向的拓扑空间。

克莱因瓶最初由德国几何学大家——菲立克斯·克莱因 (Felix Klein) ,在1882年提出。克莱因瓶的结构可表述为:一个瓶子底部有一个洞,现在延长瓶子的颈部,并且扭曲地进入瓶子内部,然后和底部的洞相连接。

简单的说——这是一个没有内外之分物体。

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;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。所以,现在你能看到的根本就不是真正意义上的克莱因瓶。

隐身的喷火龙

我知道同学们光听上面的理解不了,真的。数学家总是这样,认为很简单的概念,抛过来后,也不管同学们一脸懵逼,只有淘宝那帮卖主才深得精髓,开始收智商税。


不过,我可以更通俗的解决这个问题。为什么存在克莱因瓶,而淘宝上,你却买不到。

举个有点意思的例子吧。

卡尔.萨根(karlsagan),在关于解释量子论时,曾抛出过的一条龙。

“我的车库里有一条喷火的龙!”他这样声称。

“太神奇了!”他的朋友连忙跑到车库中找龙,“龙在哪里?”

“哦,”萨根说,“这是一条隐身的龙。”

朋友开始有些懵了,他试着建议,撒一些粉末在地上,看看会不会有龙的爪印?萨根声称,这龙与地无缘,只会飘——在空中。

“那既然这条龙会喷火,能否用红外线检测仪热扫描一把?”朋友还不死心。

“也不行。”萨根说,“隐形的火没有温度,你测不出来。”

反正没有一种物理方法可以检测到这条龙的存在。萨根最后问:“这样一条看不见摸不着,没有实体的,飘在空中喷着没有热度的火的龙,一条任何仪器都无法探测的龙,和‘根本没有龙’之间又有什么差别呢?”

对,这就是我们思考的重点——一个数学上描述自洽的,在三维空间内,没有边的物体——克莱因瓶——它为什么造不出来?

世界我们能了解多少?

这个问题的实质,我们可以简化为——“这个世界究竟是什么”和“我们在最大程度上能够探测到这个世界是什么”两个命题,其实质到底有多大的不同?

我们探测能力所达和描绘的那个世界,是不是就是全部客观实在的世界?

我们无法造出一个克莱因瓶,和克莱因瓶根本不存在是不是同一回事?

结语

无论是去淘宝买一个99包邮的瓶子,还是去寻找那条看不见的龙,都指向了一个事实,现代科学的发展,我们的感官经验已经不靠谱了。

那什么才是真实,而不会改变的呢?什么才是宇宙中最靠谱的真实呢?

——数学!

头大了吗?好吧,去买个瓶子吧,反正99块还包邮。在下告辞!


猫先生内涵科普


这个问题,就像是说为什么宇宙是多维空间,但我还是不能时空穿越一样。

克莱因瓶不是造不出来,而是在我们生活的三维空间制造不出来,因为严格意义上说,它不属于三维空间,克莱因瓶是人凭借想象在四维空间才可实现的构想,从描述我们就能看出克莱因瓶是不存在瓶底的,说的通俗一些其实是瓶口就是瓶底。那么,我们不去看克莱因瓶的样子,单纯凭空想象,一个瓶口就是瓶底的瓶子,当然水是无法注满的。


那么为什么在三维空间中克莱因瓶是不存在的呢?

是因为克莱因瓶是一个不可定向的二维紧流形,从克莱因瓶的图示上我们会发现一个问题,之所以这个瓶子没有瓶底,是因为它长长的瓶颈与瓶身是相交的,也就是占据了同一个位置。

但实际上,那是因为二维平面图无法表示克莱因瓶的曲线,实际上克莱因瓶在四维空间中是一条完整的曲线,并不穿过瓶壁,但在三维空间中,因为无法被表达,所以才画成相交的二维图,从这点来说也就能知道为什么这个瓶子在三维空间根本不可能被造出来,因为根本无法存在。


未泯双瞳


现在的所谓的克莱因瓶是一个矛盾的自穿破又自封闭的连续二维曲面(实际为三维)半包含了一个半开放的三维空间(因其可以装入物质)。这已经导出了四维空间的矛盾性,我们找不到与前三维互垂的点在哪里?三维空间互垂的点在原点上(0点),若四维空间存在则在原点上必然能引出一维来互垂于原来互垂的三维,且不破坏原三维的互垂性的,这显然就是矛盾的。因此数理上的四维空间就不能也不会存在。但若加上时间维,这又是原三维空间的位移,且时间维只能是原三维空间的整体和坐标原点位移,由一个新的时间性原点替代了原来的时间性原点,这只能是坐标系的位移变化,不是增加了新的一维;所以只能叫做四维时空(三维空间没有有破坏)。这里和文科产生了交及(集)而产生出的名词叫历史,和物理交及(集)叫时空间。那么这里必须作出这样的一个结论:物质世界在数理上是三维的体,第四维没有存在的必要性。

当然离开了数理,进入精神世界第四维就可以出来了,如一个物体附着了颜色,附着了智慧的意识(实现),可以再追下去对世界的理解首先是要有生命,有了生命的智商的进化才会去理解空间的存在。生命和智慧也可算着维。~~~~~等等可能也可以举出很多很多的例子来,且不破坏物质原本的三维互垂特性。但这些维对物质世界、数学世界来说都是附着的关系,而不是数理的互垂且可计算关系。所以理解空间的多维的意义不只是解数学的高次方程,而是要自然地理解物质的世界。


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