一到无穷大中的双苹果模型

一到无穷大中的双苹果模型最近在看 一到无穷大 其中第三章提到的双苹果模型一直不太理解 原文是这么说的 设想有两个球体 各自限定在自己的球形表面内 如同两个未削皮的苹果一样 现在 设想这两个球体 互相穿过 沿外表面粘在一起 或者 我们不如设想有个苹果 被虫子吃出弯曲盘结的隧道来

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最近在看《一到无穷大》,其中第三章提到的双苹果模型一直不太理解。原文是这么说的:

设想有两个球体,各自限定在自己的球形表面内,如同两个未削皮的苹果一样。现在,设想这两个球体“互相穿过”,沿外表面粘在一起。或者,我们不如设想有个苹果,被虫子吃出弯曲盘结的隧道来。要设想有两种虫子,比如说一种黑的和一种白的;它们互相憎恶、互相回避,因此,苹果内两种虫蛀的隧道并不相通,尽管在苹果皮上它们可以从紧挨着的两点蛀食进去。这样一个苹果,被这两条虫子蛀来蛀去,就会像图 18 那样,出现互相紧紧缠结、布满整个苹果内部的双股隧道。但是,尽管黑虫和白虫的隧道可以很接近,要想从这两座迷宫中的任一座跑到另一座去,却必须先走到表面才行。如果设想隧道越来越细,数目越来越多,最后就会在苹果内得到互相交错的两个独立空间,它们仅仅在公共表面上相连。


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一直想不清楚为什么要两个苹果,一个苹果不也是能形成这样的形状吗?直到今天搞明白了。

首先这个双苹果模型并不是非常准确,原文说的黑白两个虫子的管道是不相交的,这个不相交的意义是在四维空间上的不相交,书中为了便于理解只能画出三维空间中的不相交。其实四维空间的这两个虫子管道在三维的投影是完全有可能相交的,而且应该是重叠的。

为了便于理解,从一维空间说起:

一维空间就是一条线,如何让这条线有确定的长度,但是没有边界呢?线段的边界就是两个端点,只要把另一条线段的两个端点和这条线段的两个端点相接,就形成了有固定长度,但是没有边界的一维空间。

二维空间就是一个面,这里以一个圆形举例,如何让二维形状有固定面积,但是没有边界呢?就是在圆形的边缘与另一个圆形相接,这样就有了面积固定,没有边界的二维平面。

三维空间就要用到这里说的双苹果模型了,如何上三维形状有固定体积,但是没有边界呢?思路和一维二维一样,在它的边界处连接上另一个三维物体,三维的边界是就是每个苹果的表皮,把表皮接在一起就是有固定体积,没有边界的三维形状了。可以用上图里那个双苹果模型理解,但是切记,里面的虫洞,黑白两个虫子其实是在不同的三维苹果里,所以永远不相交。

 

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