看不懂的数学几何(1分钟简单了解一个超有趣的高深数学)
看不懂的数学几何(1分钟简单了解一个超有趣的高深数学)例如,蜗牛的壳螺纹,有些蜗牛的螺纹是逆时针旋转,有些是顺时针的。还有糖,也是有左旋和右旋之分的。而以糖为食的细菌也分两种,每种细菌只能吃对应手性的糖。世界上有许多的物体,就连物质的基本粒子也常常有左旋和右旋之分。他们的不对称成性会通过晶体的形状和物质的光学特性反映出来。首先,要从科学家对于有手性物品和无手性物品的研究开始。学者们发现,世界上的物品可以分为两类,一类是跟左右手使用有关的物品,例如手套,左手不能用右手套,这类的物品统称为有手性物品。另一类是与左右手无关的物品,例如杯子、扳手等等,这类物品叫做无手性物品。科学家们经过大量地观察发现,如果一个物品能沿着一个对称面切分成两个完全一样的部分,那么属于无手性物体。但是手头和鞋没有对称面,所以是有手性物品。
为什么会有“莫比乌斯面”?它有什么用途呢?
知名科普类书籍《从一到无穷大》里做了详细且有趣的解释,花一分钟了解一下的知识,让你了解一个高深且有趣的世界。
莫比乌斯面
为什么会有人研究并发现了“莫比乌斯面”呢?(也叫“莫比乌斯带Möbius strip或者Möbius band”)
首先,要从科学家对于有手性物品和无手性物品的研究开始。
学者们发现,世界上的物品可以分为两类,一类是跟左右手使用有关的物品,例如手套,左手不能用右手套,这类的物品统称为有手性物品。另一类是与左右手无关的物品,例如杯子、扳手等等,这类物品叫做无手性物品。
科学家们经过大量地观察发现,如果一个物品能沿着一个对称面切分成两个完全一样的部分,那么属于无手性物体。但是手头和鞋没有对称面,所以是有手性物品。
世界上有许多的物体,就连物质的基本粒子也常常有左旋和右旋之分。他们的不对称成性会通过晶体的形状和物质的光学特性反映出来。
例如,蜗牛的壳螺纹,有些蜗牛的螺纹是逆时针旋转,有些是顺时针的。还有糖,也是有左旋和右旋之分的。而以糖为食的细菌也分两种,每种细菌只能吃对应手性的糖。
发现这个特性之后,科学家们开始研究,有没有可以将左旋体变成右旋体的可能呢?
科学家们发现,在一张平面图中,如果想让左侧驴变成右侧驴,同一头驴变成如果让驴离开平面,在空间中翻转180°,再回到平面,就成功地变成右侧驴了。
二维空间的物体,通过第三维空间的翻转,最后可以实现从左边到右边。那么身处在三维空间中的手套,是不是通过第四维空间翻转,也能实现同样的变化呢?
这个问题一直困扰着科学界,但无法得到有效的验证,直到一位叫做莫比乌斯的德国科学发现一个“莫比乌斯面”。
回到上面的驴例子,左侧驴在1位置出发,走过位置2和位置3,走到4时已经翻转了180°,如果翻个下来站稳,它就成了右侧驴。所以左侧驴在莫比乌斯面前走一圈之后,就变成了右侧驴。
因此,通过莫比乌斯面可以推理想象,在一个扭曲的面上,右手性物体只需要通过扭曲处就能转换成左手性物体,反之亦然。
但现实中,因为我们身处在三维空间中,身在此山中的人是难以看到事件的全貌的,例如第四维空间是如何影响我们的?是不是在第四维空间上,也能把左手套翻转成右手套?这是一个等待解决的问题。
(本书拆解未完待续,如果感兴趣,可关注后续文章哦~ )