克莱因瓶，在四维世界才可能存在的瓶子

发布者：天天小戒 2019-7-11 08:40 来自: 世界之最

在物理界中，总是会有一些很神奇的东西。比如这个克莱因瓶，就是一个看起来很纠结的东西。可能初次看见，觉得没什么的，但实际上，克莱因瓶没有内外之分，它是一个只能存在于四维世界的东西，在现实生活中，不可能造出克莱因瓶的。

克莱因瓶没有内外之分

克莱因瓶看起来是个瓶子，然而实际上，在数学领域中，克莱因瓶是指一种无定向性的平面，比如二维平面，就没有“内部”和“外部”之分。在拓扑学中，克莱因瓶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·克莱因提出。

在1882年，著名数学家菲立克斯·克莱因发现了后来以他的名字命名的著名“瓶子”。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。和我们平时用来喝水的杯子不一样，克莱因瓶没有“边”，它的表面不会终结。

实际上，克莱因瓶不可能存在于现实世界，也是不可能图形的一种，就像潘洛斯阶梯一样。把克莱因瓶放在四维空间中理解是这样的：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。

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