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18.在扭曲的宇宙中

时间:2005-11-25 15:57:00 来源:网友投稿 作者:佚名

 

  我们生活着的宇宙究竟是平直的还是扭曲的呢?现在还搞不清楚。但是人们总是喜欢想象出各种各样不同的宇宙模型,在有些模型中,空间是扭曲的。

  扭曲的空间里,会发生一些奇特的事情,我们一起去看看在二维的扭曲空间——莫比乌斯带上,可能发生的事情。

  什么是莫比乌斯带呢?

  拿一张两面颜色不一样的窄纸条,比如说,一面是红色,另一面是白色。在两面的中央各画一根直线,然后将纸条的两端粘贴在一起,做成一个纸圈。注意,在粘合两端的时候,要把纸条扭一下,使一端红面向外、另一端白面向外。这样得到的纸圈就是数学上大名鼎鼎的莫比乌斯带。

  与普通的纸圈相比,莫比乌斯带有什么独特之处吗?让我们再做一个普通的纸圈出来看看。

  拿一张同样的两面颜色不一样的窄纸条,在两面的中央各画一根直线,然后将纸条的两端粘贴在一起,使白色的一面都向外,这样做成的普通纸圈,外面是白色,里面是红色。

  现在你发现了吗?这两种纸圈确实不同!普通纸圈有正反两面,而莫比乌斯带却分不出正反面,它只有一面。

  如果捉两只蚂蚁让它在纸圈上爬,但不许它们越过边界。那么,在普通纸圈上爬行的蚂蚁,如果你把它放在红色一面,它就爬来爬去总在红面上;如果你把它放在白色的一面上,它就爬来爬去总在白面上。但是,在莫比乌斯带上爬行的蚂蚁就不同了,不论你把它放在纸圈的哪个位置,它都可以不越过边界,到达红面或白面上所有的地点。

  我们关心的是,一个二维世界的居民,他在普通的、平直的空间中生活,和在一个扭曲的空间中生活,有什么不一样。

  注意,因为是二维世界,所以,普通纸圈和莫比乌斯带都是没有厚度的,那个二维的居民也没有厚度,他就象被嵌在纸圈中一样进行他的活动。

  先看他在平直空间中的行为。

  如图59所示,二维世界的居民在球面上绕圈运行,就好象在一个没有扭曲的闭合带子上运行一样。如果他的心脏处在身体的某一侧,那它将永远处在同一侧。

  再看他在扭曲空间中的情景。

  他绕着莫比乌斯带运行,奇怪的事情就发生了。带上的扭曲部分使它翻了个筋斗,他回到原位置时,心脏已移到身体的另一侧(见图60)!

  

  我们也许可以根据上面的结果作出推论,这就是图61所示的,如果我们所处的三维空间是封闭的,它当然也可能象莫比乌斯带那样扭曲。这时,如果一个宇宙飞行家在这样的封闭空间里环行一周,他回来时已是一个反向的人!

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