時空錯亂的莫比烏斯環,一張紙只擁有一個面

作者:一一奇聞 目錄:科學探索  時間:2020-07-10 

  有時候,生活中一個很淺顯的道理,卻擁有著極大的哲學。比如莫比烏斯環就是如此,我們脖子上掛證件牌的繩子就是一個莫比烏斯環,也就是一個只擁有一個面的環帶。將一張長條狀的紙,將一段旋轉180°之后,將兩端粘合在一起,就成了一個只有一個面的莫比烏斯環。

莫比烏斯環讓人感覺時空錯亂

  在1985年巴黎,來自世界各地的學者,認識到了一個簡單而又富含哲理的事物——莫比烏斯環q i - w e n c o m。這個紙環擁有一個奇異的現象,即螞蟻可以爬滿紙面卻不用跨越紙張邊緣,當時大家都沉浸于發現的興奮之中,殊不知日后這個紙環對數學、歷史、哲學、藝術等廣泛領域產生了深遠的影響,建筑也不例外,這就是神秘的莫比烏斯環。莫比烏斯環在很長一段時間里是“神秘”的代名詞,有很多奇妙的現象都會在它身上發生。

  上面這個圖展示了莫比烏斯環帶的形成,方法是在紙帶用膠水粘起來前先將一段旋轉180°,然后再將兩端粘合在一起,紙環就不再是只有兩個側面了,而是只有一個扭曲的面。如果你沿著紙環的中心線畫線,從任意一個中心線上的點開始,你會驚奇地發現筆跡會一直沿著紙面進行移動,不會跨越紙的邊緣,直到回到最初的位置為止,而且原來紙條的正反兩面的中心線都會留下印記。

克萊因瓶與莫比烏斯環

  同莫比烏斯環帶一樣有意思的還有克萊因瓶。在數學領域中,克萊因瓶是指一種無定向性的平面,比如二維平面,就沒有“內部”和“外部”之分。在拓撲學中,克萊因瓶是一個不可定向的拓撲空間。克萊因瓶最初由德國幾何學大家菲立克斯·克萊因提出。

  克萊因瓶也就是只有一個面,如果把克萊因瓶沿著長軸正中間切開,那么它就形成了兩個莫比烏斯環帶www.qiwen.tv。據說宇宙的樣子就是一個克萊因瓶的形狀,想了解克萊因瓶,請點擊...【查看詳情】

莫比烏斯環的有趣現象

  除此之外,如果你拿剪刀沿著畫好的中心線剪開,你不會得到“正常”的兩個紙帶,而是得到了一個“扭曲”更厲害的大環,且扭曲兩次。如果重復此動作多次,便會發現每次都是由一個大環變成兩個嵌套在一起的小環,且環環相扣。

  當然,如果你有足夠的好奇心,可以將紙扭轉360度乃至更多度數,再將紙帶的兩頭粘貼起來,用剪刀沿著中心線剪開,你會發現很多更加有趣的現象,當然這些都是莫比烏斯環的延伸。

莫比烏斯環的神奇之處

  莫比烏斯環的神奇之處在于將原來紙帶的兩個“面”糅和成為一個整體,建筑學家將“面”引申為空間、流線、生活,即創造出了神秘的“莫比烏斯空間”。

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  以往的建筑都是有著明確的室內空間和室外空間,而莫比烏斯空間則打破了這個傳統,將二者糅和,使其之間的界限更加模糊卻又更加渾然一體。此外,建筑學家巧妙地提取“中線”這個元素,使之成為一些建筑生成形體的線索,從而誕生出了很多擁有動態重疊的曲面界面以及連續流線的神秘建筑

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