Какова геометрия Вселенной в «Стене тьмы» Артура Кларка?

«Стена тьмы » Артура Кларка (1949) — произведение математической фантастики, обычно цитируемое в полуакадемических кругах как иллюстрирующее геометрию ленты Мёбиуса .

Он имеет дело со вселенной с одним солнцем и планетой, но без других звезд. Предполагалось, что мир всегда оставался светлым, с небольшими изменениями, когда зимой солнце немного опускалось к горизонту. На их планете есть негостеприимно жаркий север, умеренная середина и чрезвычайно холодный юг. Юг бесплоден, за исключением непреодолимой стены, протянувшейся через весь мир в точке, расположенной так далеко на юге, что люди едва могут добраться до нее летом, когда становится теплее.

Ходят слухи, что вид того, что находится по ту сторону стены, может свести человека с ума. Но любопытный богатый парень по имени Шервейн решает, что он все равно должен это сделать. В масштабном проекте, который занимает более 7 лет, он построил серию платформ и идет по стене, чтобы убедиться, что его друг все взорвет, если произойдет что-то ужасное.

Затем он уходит от солнца, которое меркнет позади него, пока он идет, а перед ним появляется другое солнце и становится ярче. Подойдя к краю стены, он видит, что его друг (которого он оставил позади) смотрит на него снизу вверх.

Затем они взрывают платформы, чтобы никто больше не пытался снова пробить стену, говоря, что это было необходимо. Он представляет себе, как другой взрывает платформу с другой стороны, но говорит, что это, конечно, невозможно, так как он единственный человек в мире, который точно знает, что СТЕНА ИМЕЕТ ТОЛЬКО ОДНУ СТОРОНУ.

Геометрия ленты Мебиуса также объясняется в рассказе через профессора главного героя.

Но, конечно, как автор должен был хорошо знать, лента Мебиуса двухмерна, и любая модель Вселенной (в его рассказе) должна быть трехмерной.

Теперь бутылка Клейна обычно рассматривается как многомерный эквивалент ленты Мёбиуса. Хотя это явно ошибочное представление («бутылка» Клейна — это двумерная поверхность, точно такая же, как лента Мебиуса, только кажется , что она заключает в себе объем, отличный от другой), вполне может быть, что задействованная здесь модель — это «внутри» бутылки Клейна, или, что то же самое, бутылка Клейна является границей Вселенной. Но я не могу понять, как именно «ситуация со стеной» работает со вселенной такой формы.

Было высказано предположение, что стена построена на горлышке бутылки. Но беглый взгляд на рисунок показывает, что человек, проходящий «поверху» такой стены, увидит только область за ней, а не ту же сторону. Свойство бутылки Клейна (аналог ленты Мёбиуса, имеющей только одну сторону, а не две) состоит в том, что она имеет только одну из четностей слева и справа и только одну из внутренней и внешней. Чтобы наша стена работала по назначению, она должна «пройти» «поверхность», соединяющую фальшивое внутреннее и фальшивое внешнее, что не имеет никакого смысла.

Также было отмечено, что история пытается казаться более впечатляющей, чем она есть на самом деле. А может быть, просто автор имел в виду не более чем кусок настроения, посвященный философии нашего существования и нашему поиску «великого неизвестного».

Кто-нибудь может указать, какова правильная геометрия этой вселенной? Это означает распознать, какая известная математическая форма — трехмерная поверхность — точно ее моделирует.

Краткое содержание рассказа и приведенные выше комментарии скопированы отсюда .

РЕДАКТИРОВАТЬ: Мы также допускаем разветвленные трехмерные поверхности, когда говорим о трехмерной поверхности, что кажется необходимым с учетом обсуждения, следующего за ответом Кайла Джонса.

Если кто-то хочет это проверить, вся история в настоящее время доступна для чтения в книгах Google, начиная с books.google.com/books?id=HLz1g95AXDsC&lpg=PP1&pg=PA104.

Ответы (3)

tl;dr Многообразие, окружающее вселенную Шервейна, называется ручкой Алисы .

Чтобы упростить объяснение и облегчить визуализацию, представьте, что наш герой Шерван — двумерное существо, живущее на конечной двухмерной поверхности, круглой области, вырезанной из плоскости. Если смотреть сверху, Шерван выглядит как буква R, когда он перемещается по своему миру. Глядя вниз, мы видим, как Шервейн скользит к краю своего мира и забвения. Чтобы спасти его, мы добавляем к краю его вселенной длинную полосу пространства, чтобы, достигнув старого края, он не улетел в небытие. Мы аккуратно сгибаем полосу в третьем измерении так, чтобы она снова соединилась с краем диска, где она началась. Вселенная Шервейна теперь (примерно) представляет собой диск с цилиндром на краю. Теперь, если Шерван продолжит идти, он пересечет внешнюю часть цилиндра и в конечном итоге окажется там, где начал, но движется в противоположном направлении.

К сожалению, путешествие по третьему измерению также перевернуло Шервана, и теперь он стал своим собственным зеркальным отражением. Сверху он теперь выглядит как буква Я, а не R. Его левая сторона для всех правая, и наоборот. Чтобы Шерван не перевернулся, мы добавляем пол-оборота к полосе, которую мы прикрепили к краю диска, чтобы Шерван получил дополнительный переворот, прежде чем он вернется к диску.

Тот полукруг, который мы добавили, превращает добавленную нами ленту в ленту Мёбиуса, так что теперь вселенная Шервейна выглядит как диск, край которого касается поверхности ленты Мёбиуса, а не как диск, обращенный к цилиндру. Чтобы Шерван не ушел с диска в другом направлении, мы должны окружить весь диск этими скрученными полосками. Мы также должны склеить края полоски вместе, чтобы он не мог сойти с этих краев. Если склеить края ленты Мебиуса вместе, получится поверхность Клейна . Так что, если бы Шервейн жил во Флатландии, чтобы история работала, края его плоского диска должны быть окружены единой поверхностью Клейна и касаться ее. (Если бы мы не заботились о том, чтобы поменять местами левое и правое по Шервейну, было бы достаточно диска, весь край которого касается поверхности тора.)

Чтобы история работала в трехмерной вселенной, вселенная Шервейна должна быть окружена не поверхностью Клейна, а чем-то вроде трехмерного аналога поверхности Клейна. Термин для такого многообразия - ручка Алисы или неориентируемая червоточина.

Вики-статья ведет к статье о Вселенные Алисы. Что, кажется, подразумевает, что вселенная этой истории - вселенная Алисы. Если это так, то физика Вселенной Алисы сногсшибательна — материя может быть либо материей, либо антиматерией, в зависимости от направления движения!
Но будет ли работать трехмерный аналог поверхности Клейна? Флатландец, живущий на 2D-бутылке Клейна, не обнаружит, что существует некая граница, где, приблизившись к границе, они столкнутся лицом к лицу с зеркальной копией самого себя. Со страницы geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture мозаика для схемы склейки бутылки Клейна выглядит так: geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture/2k.tile .gif ...нигде вы не видите букву R, обращенную к своему зеркальному отражению.
Я думаю, в истории не говорится, что он встретил свое отражение в зеркале, а скорее, что он некоторое время шел вдоль стены и вернулся к своему другу. Тем не менее, чтобы это сработало на поверхности Клейна, разве ему не пришлось бы пройти всю конечную вселенную (одну плитку на диаграмме мозаики)? Я полагаю, вы можете себе представить, что Солнце на самом деле очень маленькое, а сама планета имеет размеры, пригодные для ходьбы, и что-то вроде цилиндрической формы, так что она может соединяться сама с собой на двух гранях схемы склеивания, подобной той, что представлена ​​на geom.uiuc.edu. /~teach95/sos95/big-picture/3k.glue.gif
Между прочим, трехмерную диаграмму склейки в моем последнем комментарии можно обозначить как "тор с поворотом на 1/2", см. books.google.com/books?id=KhTJZG-U3ssC&lpg=PP1&pg=PA167 ... Я также вижу некоторые другие страницы по топологии, которые используют фразу «скрученный тор» для топологий, подобных этой, в 2D или 3D (т.е. возьмите диаграмму склеивания для 2-тора или 3-тора и переверните или поверните одно из ребер или граней). Я предполагаю, что ручка Алисы попадает в эту категорию, поскольку в 2D многие авторы, кажется, рассматривают «бутылку Клейна» и «скрученный тор» как синонимы, но я не могу найти схему склейки ручки Алисы.
Прочитав историю на books.google.com/books?id=HLz1g95AXDsC&lpg=PP1&pg=PA104 , я на самом деле не думаю, что этот ответ правильный - как описывает это Кларк, он не идет вдоль стены параллельно ее стене. краю, а скорее перпендикулярно, пока не дойдет до другого края и не увидит зеркальное отражение лестницы (а это не долгая прогулка, пока его планета огромна). Кларк также намекает, что до стены люди сходили с ума — подразумевая не только то, что они петляли по миру и находили свой дом с перевернутыми левыми и правыми, но и то, что они действительно могли подойти прямо к своим собственным зеркальным отражениям.
Так что я думаю, чтобы понять, как это работает в истории, вам нужно что-то вроде пространства, где материя повторяется таким образом, что включает зеркальные поверхности, как паттерны, показанные на epinet.anu.edu.au/mathematics/orbifold_notation и geom . .uiuc.edu/docs/doyle/mpls/handouts/node30.html и ma.utexas.edu/smmg/archive/2012/Perutz/PerutzSlides.pdf (особенно см. стр. 17) и, очевидно, описаны с использованием «орбифолдов». .Я не думаю, что такие зеркальные соединения возможны в топологическом пространстве, определяемом парным отождествлением граней куба (зеркальная грань должна быть отождествлена ​​сама с собой!)
@Hypnosifl Он взбирается на стену с помощью устройства, но затем идет по ее вершине, не так ли, что имеет по существу те же последствия, что и прохождение в отсутствие стены (при условии, что это измерение высоты бесконечно)? И то, что он видит, описывается ни как образ , ни как зеркальный образ в прямом смысле, но он по существу возвращается к тому, с чего начал. Материя, которую он видит, та же самая, что была там.
@Hypnosifl Это именно то, что произойдет, если вы отправитесь к бывшему краю круглого диска Кайла Джонса, дополненного ограничивающей бутылкой Кляйна, из его центра - вы идете по лучу из центра, но луч сходится сама с собой, когда вы закрываете прежний край, с эффектом, который заканчивается там, где вы начали (и без инвертирования левого и правого). Это для 2D-модели, я не знаю, как описать 3D-модель больше, чем Джонс.
@N Unnikrishnan - я не имел в виду «изображение» в чисто визуальном смысле, я имел в виду, что без стены он действительно смог бы столкнуться с очевидной физической копией самого себя, которая отражала все его движения. Я не очень понимаю объяснение искривления полосы (помогло бы визуальное представление), но стандартный математический способ описания топологических пространств — это «диаграмма склеивания», которая говорит вам, какие ребра конечной формы соединяются, см. plus.maths .org/content/space-do-all-roads-lead-home для основного введения и страницу geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture для более подробной информации.
У Кларка есть еще одна история, в которой человека переворачивает слева направо в результате несчастного случая. Он начинает голодать, потому что не может правильно усваивать асимметричные химические вещества, такие как белки...
@slebetman - ну, этот разлом очень локализован на этой планете, так как расстояние вокруг него очень короткое ... расстояние пешком. Поскольку это первобытное общество, вы не знаете, как далеко этот эффект распространяется над стеной, за пределами планеты...
@Hypnosifl: В истории не упоминается, что люди будут видеть дубликаты самих себя. Только то, что они сходят с ума. Например, когда вы видите Ктулху, вы сходите с ума, но это не значит, что Ктулху создает ваши копии. Кроме того, близнецы постоянно встречаются со своими двойниками и не сходят с ума.
@Oldcat: В этой вселенной вся материя существует только на этой планете и на ее солнце. Следовательно, этот разлом «делит пополам» большой процент материи во Вселенной. Так что да, локализовано. Но это все равно, что сказать, что галактическое скопление, к которому принадлежит наш Млечный Путь, является «местным».
@Hypnosifl: Действительно, теперь, когда я думаю об этом, история подразумевает, что люди не будут видеть зеркальные отражения самих себя. Если так, то он должен был видеть себя или своего помощника и самого себя. Вместо этого он видит только своего помощника.
Физика вселенных Алисы такова, что ее обитателям имеет смысл строить такую ​​стену. В противном случае, пересечение «поворота/границы/ручки» превратит вас из материи в антиматерию (или наоборот), поэтому, если вы совершите экскурсию на другую сторону, ваши антиатомы уничтожат все, к чему вы прикоснетесь.
Также может случиться так, что легкое воздействие «другой стороны» может повредить мозг человека настолько, что он сойдет с ума (не говоря уже о передаче ему через огромное количество сильно поврежденной ДНК).
@slebetman - Зона, охраняемая стеной, не может преобразовать материю в антиматерию - атмосфера будет взрывоопасной, и человек взорвется, когда начнет возвращаться.
@Oldcat «У Кларка есть другая история ...» Я подозреваю, что вы имеете в виду «Историю Платтнера » Герберта Уэллса (1896 г.).
@NUnnikrishnan - Нет. Техническая ошибка : была построена первая электростанция, использующая сверхпроводимость, и рабочий Ричард Нельсон «перевернулся вбок» из-за случайного короткого замыкания на объекте. Нельсон обнаруживает, что носит обручальное кольцо не на той руке, написанные тексты кажутся зеркально перевернутыми, а монеты и его технический дневник повреждены. Нельсон начинает голодать; обычная пища не питает его в достаточной мере из-за своей пространственной структуры. Химик, профессор Ванденбург, разрабатывает зеркально перевернутые параллели веществ, требуемых Нельсоном.
@slebetman - поскольку две «копии» лестницы были одной и той же, должно быть, это правда, что в тот момент, когда он поднимался по «своей» лестнице, его «дубликат» поднимался по другой, в тот момент, когда он начал когда он шел по вершине, то же самое делал и его "дубликат" - например, если бы в тот момент, когда он ступил на вершину, он навел мощный телескоп на место "другой" лестницы, он должен был бы увидеть себя, смотрящего назад в телескоп, нет ?
@slebetman - ... если бы это действительно была топология, подобная Клейну, то, увидев свой дубликат, не означало бы, что вы должны встретиться, потому что был бы эффект зеркального зала с несколькими лестницами, и когда вы направлялись к «его» лестнице, он направится к другой лестнице, отличной от той, по которой вы только что пришли. Но на самом деле это не имеет смысла как такая топология, потому что Кларк подразумевает, что древние построили здесь стену, потому что это место было «особенным» в том смысле, что нужно было пройти небольшое расстояние, чтобы обойти его — в любой топологии, где противоположные грани куба приклеены, вам придется пройти одинаковое расстояние в любом направлении.
Вы, ребята, должны перевести обсуждение в чат; Боюсь, модераторы собираются стереть большую часть этого.
@Hypnosifl: Лестница только одна, двух лестниц не бывает. Так же, как помощник — это тот же человек с другой стороны. Лестница на другой стороне такая же, как и на «этой» стороне. Не дубликат.
@slebetman - я знаю, что есть только одна лестница, но любые предсказания о том, что происходит в замкнутом пространстве, топология которого может быть представлена ​​диаграммой склейки квадрата или куба, в точности эквивалентны тому, что происходит на диаграмме, где вы «замощаете» плитку. бесконечное пространство с множеством копий всего в этом квадрате/кубе (с ребрами/гранями, соединенными правильным образом). Вы смотрели страницы plus.maths.org/content/space-do-all-roads-lead-home и geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture , на которые я ссылался в первом моем комментарии ? вы ответили?
@slebatman - например, со второй страницы схема склейки 2D бутылки Клейна - это geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture/2kR.glue.gif и вы можете точно определить, что произойдет, если вы возьмете любой путь в этом пространстве, глядя на эквивалентную диаграмму мозаики geom.uiuc.edu/~teach95/sos95/big-picture/2k.tile.gif с несколькими «дубликатами» R. Точно так же для двумерного тора сравните plus.maths.org/issue10/features/topology/buzz.gif с plus.maths.org/issue10/features/topology/bees.gif
@ Кайл Джонс - надеюсь, что нет, все это имеет отношение к вопросу о том, совместима ли топология, похожая на бутылку Клейна, с описанием истории огромного мира, где в одном конкретном месте вы можете пройти относительно небольшое расстояние. по прямой линии и вернитесь туда, где вы начали (я так не думаю). И вопрос был конкретно о том, какую математическую структуру можно использовать для объяснения того, что происходит в истории. В любом случае, на этом сайте я всегда получаю сообщение об ошибке, когда пытаюсь щелкнуть ссылку «Перейти к этому обсуждению в чат».
@Hypnosif В ответе я немного поработал над деталями конструкции; надеюсь, вам будет легче визуализировать. В частности, вся вселенная не должна быть аналогом поверхности Клейна, а должна быть окружена таким аналогом и касаться его.
@ Кайл Джонс - в первом случае без поворота мне кажется, что то, что вы описываете, вовсе не является многообразием, потому что, если вы «мягко согните полосу в третьем измерении так, чтобы она соединилась обратно с краем диска, где он начался», то край диска будет соединен как с верхним, так и с нижним краем полосы, так что поверхность будет «разветвляться» там... двумерное многообразие должно обладать тем свойством, что локальная окрестность каждая точка топологически эквивалентна открытому кругу в двумерном евклидовом пространстве. Я неправильно понимаю или вы не пытаетесь описать многообразие?
@Kyle Jones ... на самом деле, в этом первом случае без поворота это звучит так, как будто вы пришиваете край круглого диска к «внутреннему экватору» тора, показанного на этой диаграмме: rdrop.com/~half/ math/torus/inner.equator.png (со страницы rdrop.com/~half/math/torus/geodesics.xhtml ). Это то, что вы себе представляете? Если да, то второй случай в основном аналогичен, но сшивает край диска с некоторой замкнутой кривой в пространстве бутылки Клейна?
@Hypnosifl Да, на краю диска есть ветвь как в скрученной, так и в нескрученной границах, и я понятия не имею, как это будет разрешено в такой вселенной. Можно предположить, что системы частиц, связанных молекулярными и ядерными силами (например, тела, одежда), свисают вместе и направляются по одной ветви как единое целое. Я полагаю, что свободные частицы (например, воздух, фотоны, космические лучи) с равной вероятностью пойдут по обоим путям.
@Hypnosifl «фактически, в этом первом случае без поворота это звучит так, как будто вы пришиваете край круглого диска к« внутреннему экватору »тора» ... Да, совершенно правильно на оба вопроса.
@ Кайл Джонс - как я уже сказал, это не будет квалифицироваться как «многообразие», хотя не уверен, что это то, что ОП имел в виду под «трехмерной поверхностью». Другой вопрос: если бы вы стояли рядом с веткой, разве вы не увидели бы свет, идущий на вас с обеих половинок, и получили бы двойное изображение? Мне также непонятно, почему приклеивание диска к замкнутой линии в пространстве Клейна (или приклеивание поверхности сферы к замкнутой двумерной поверхности в трехмерном аналоге пространства Клейна) приведет к стене с одной стороной-- будет ли стена охватывать ветвь, или полностью находиться в пространстве бутылки Клейна, или полностью в пространстве диска/сферы?
Точно так же будет ли поверхность планеты (не считая стены, представьте себе поверхность до того, как стена была построена) полностью находиться внутри диска/сферы, полностью внутри пространства Клейна, или она будет охватывать их обоих? Если бы он оседлал их, разветвился бы он также на две разные планетарные поверхности?
@Hypnosifl Если вы находитесь на диске и смотрите на ветку, вы должны увидеть одно изображение, поскольку фотоны образуют цепь в обоих направлениях и рекомбинируют. Если вы находитесь в ответвлении, ваша спина будет блокировать некоторые фотоны, а другие будут иметь другое время полета и пути к вашему глазу. История обошла проблему в обоих случаях, делая вид тусклым, когда вы двигаетесь вдоль ветки; происходило какое-то поглощение энергии (утечка?) ... не знаю, как это сделать только с топологией. Хм, хороший вопрос про стену! Я должен подумать об этом.
@Кайл Джонс - я согласен, что они рекомбинируют, если вы находитесь на диске, но я имел в виду, что они рекомбинируются в то, что выглядит как наложенная версия двух разных изображений, каждое из которых показывает то, что находится в поле вашего зрения рядом с вами на той части ветки. Например, если ваш друг Алиса стоит перед вами на одном разветвленном пространстве, а Боб стоит перед вами на другом разветвленном пространстве, вы получите фотоны от них обоих, идущие с одного и того же направления, так что вы d увидеть одно наложенное изображение Алисы и Боба.
@Hypnosifl Я думаю, это объяснило бы сообщения о безумии, а также объяснило бы, почему Wiser Heads вообще построили стену.
@Hypnosifl Несмотря на то, что изначально я имел в виду многообразие, теперь мне кажется, что мы не можем сделать это с одним, и нам придется расширить определение трехмерной поверхности, чтобы включить в него и ответвления. Конструкция Джонса представляется простейшей моделью.
@KyleJones «Системы частиц ... направляются по той же ветке, что и единица. Свободные частицы ... пойдут по обоим путям с равной вероятностью». Это довольно хорошо известно, или это вызовет интересные вопросы на Physics.SE? В конце концов, почему наша Вселенная должна быть связана многообразием, т. е. не должно быть ветвления?
@N Unnikrishnan - я играл с этим на бумаге для заметок, и я думаю, что это можно сделать на конкретном многообразии, хотя и с некоторыми странными предположениями: я представляю, что поверхность планеты имеет форму тора и односторонняя стена находится на внутреннем экваторе, и невозможно пройти по петле вокруг внутреннего экватора, не взобравшись на стену, потому что земля, на которой построена стена, ограничена непреодолимым океаном (или каким-либо другим барьером, отличным от самой стены) либо на сторона. Объяснение этого потребует некоторых 3D-схем склеивания/плитки, но я могу попробовать, если вам интересно.
@Hypnosifl Конечно, сделай ответ, и мы обсудим это там.

@N Unnikrishnan написал в комментариях выше: «Я представляю, что поверхность планеты имеет форму тора, а односторонняя стена находится на внутреннем экваторе». Я не думаю, что это правда, потому что:

  1. Мир Шервейна «всегда поворачивался одним и тем же лицом к своему одинокому солнцу». (Кларк называет эту сторону света «севером»). Тогда она должна совершить оборот вокруг Солнца и вокруг своей оси за одно и то же время, как Луна вокруг Земли.

  2. «путешествие по суше и морю ... можно было бы сократить не более чем на немного, если бы он путешествовал так далеко на север, как только осмеливался». Это значит, что чем севернее, тем меньше окружность этого мира.

  3. исходя из 1 и 2, я предполагаю, что от стены до северного полюса этот мир представляет собой полушарие или что-то в этом роде. Я не понимаю, как объяснить смену времен года в этой модели. Но в модели с тором это кажется мне еще более сложной задачей.

  4. что касается южной границы этого мира, если заменить диск полусферой, мне нравится твоя идея.

  5. Может ли быть так, что в районе возведения стены планета соприкасается с границей этой вселенной?

Вы написали это в ответ на комментарий, но это похоже на ответ. Было бы лучше, если бы вы отредактировали это, чтобы прочитать больше в качестве ответа.
Хорошие очки. Но, кстати, этот комментарий оставил не я, а кто-то другой - пользователь @Hypnosifl. Как и вы, я не очень согласен с этой идеей. «@N Unnikrishnan» в начале комментария означает, что он уведомляет меня. Имя автора комментария будет отображаться в конце комментария в виде кликабельной ссылки.

Как в ленте Мебиуса, так и в бутылке Клейна «поворот» и воссоединение находятся в более высоком измерении. Полоска 1D, а бутылка 2D. Ошибочно думать, что бутылка проходит «сквозь себя». Настоящая бутылка Кляйна не имеет отверстия, в отличие от физической картины, которую мы видим.

Чтобы область трехмерного пространства «не имела другой стороны», вам нужно искривить само пространство и соединить его закрученным назад в более высоких измерениях. Если вы сделаете это, вы в конце концов окажетесь в исходной точке, не оборачиваясь.

Вы не можете правильно сделать даже бутылку Клейна, поэтому истинного представления этого пространства не больше, чем тессеракта, четырехмерного аналога куба.

На самом деле вопрос был не в том, можем ли мы «представить» его в обычном трехмерном пространстве, а в том, точно ли его моделирует любая «известная математическая форма — трехмерная поверхность».
Никакое обычное 3D-пространство не может этого сделать. На самом деле даже лента Мебиуса не является точным аналогом, потому что на ленте вы не повторяете свой путь, пока не достигнете исходной точки. В случае со стеной пространство разворачивает вас на 180 градусов, и в итоге вы возвращаетесь по своему пути к исходной точке.
Лента Мебиуса не является одномерной. Линия — это одномерный объект. Плоская плоскость 2D. Хотя лента Мебиуса имеет только одну сторону и один край, полоса в целом представляет собой трехмерный объект.
@Stan, идеальная полоса - 2d, скрученная в 3d.
@Oldcat - что вы подразумеваете под «нормальным» трехмерным пространством? Существуют ли какие-либо топологии трехмерного пространства, математически четко определенные, но не входящие в эту категорию?
@Дима Пойми это. Конечно, не 1D, а если его скрутить, то уже не 2D. Пока мы строим из бумаги, математически описывается в трехмерном пространстве.
@Stan На что указывает Дима, так это то, что в математике объект называется 2D, если он «не имеет толщины», каким бы сложным он ни был, складывается / скручивается, что делает его невозможным визуализировать ( встроить , в математических терминах) во что-либо меньшее, чем пространство 3, 4 или 5 измерений. Между прочим, знаменитый результат алгебраической топологии (теорема Уитни о вложении) говорит, что любой такой («хороший») объект n измерений можно наверняка вложить в пространство размерности 2n+1, и ничего меньшего может быть достаточно. . Таким образом, для визуализации 2D-поверхностей может потребоваться до 5D.
@N Unnikrishnan Спасибо за разъяснение, я исправлен. Никогда не должен был бросать этот класс в алгебраической топологии много лет назад :)
@Hypnosifl - Конечно. Для аналогии перейдите к 2D, где вселенная считается плоскостью. Там сумма углов треугольника равна 180, и через точку рядом с линией можно провести одну параллельную прямую. Но если Вселенная — сфера, то углы треугольника больше 180 и параллельных прямых не найти. Если вы пойдете в любом направлении, вы в конце концов вернетесь домой. Если двумерный стих имеет седловидную форму, вы можете нарисовать много параллельных линий, а треугольников в сумме будет меньше 180. Это три полностью самосогласованные геометрии — евклидовы и 2 неевклидовы. Расширьте ту же идею до 3D
@Oldcat - однако пространственная кривизна отличается от топологии. Согласны ли вы с тем, что даже в строго евклидовом пространстве (где углы треугольника в сумме составляют 180 и через точку, близкую к другой прямой, можно провести только одну параллельную прямую) можно выбрать различные компактные топологии, такие как тор или Бутылка Клейна? Мне кажется, для объяснения этой истории нам нужна какая-то нетривиальная топология, особенно неориентируемая, в которой не может быть глобального определения левого и правого (поскольку левая сторона стены должна стать правой стороной).