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有趣的莫比乌斯带           ★★★
有趣的莫比乌斯带
作者:李瑛华 文章来源:人教高一版 0708上 第9期 点击数:710 更新时间:2007-12-24 9:58:19

  一张纸有正反两面,在一张纸的正面放一只蚂蚁,在既不允许它从纸的边缘翻过去,也不许它咬破纸钻过去的条件下,它如何从纸的正面爬到纸的反面去?从常规思维来讲,这是绝对不可能的事,但有人解决了这个难题,他就是德国数学家奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯.奥氏的解决办法是:将纸带一端扭转180度与另一端粘在一起.这就是"莫比乌斯带",与普通纸带具有两个面(双侧曲面)不同,这样的纸带只有一个面(单侧曲面),一只小虫可以爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘!

  作为一种典型的拓扑图形,莫比乌斯带引起了许多科学家的研究兴趣,并在生活和生产中有了一些应用.例如,动力机械的皮带就可以做成"莫比乌斯带"状,这样皮带就不会只磨损一面了.此外,莫比乌斯带也是艺术家眼中的经典造型.莫比乌斯带还有更为奇异的特性.一些在平面上无法解决的问题,却不可思议地在莫比乌斯带上获得了解决!

  比如在普通空间无法实现的"手套易位"问题:人左右两手的手套虽然极为相像,但却有着本质的不同.我们不可能把左手的手套贴切地戴到右手上去;也不能把右手的手套贴切地戴到左手上来.无论你怎么扭来转去,左手套永远是左手套,右手套也永远是右手套!不过,倘若自你把它搬到莫比乌斯带上来,那么解决起来就易如反掌了.

  在自然界有许多物体也类似于手套那样,它们本身具备完全相像的对称部分,但一个是左手系的,另一个是右手系的,它们之间有着极大的不同.让我们展开想象的翅膀,设想我们的空间在宇宙的某个边缘,呈现出莫比乌斯带式的弯曲.那么,有朝一日,我们的星际宇航员会带着左胸腔的心脏出发,却带着右胸腔的心脏返回地球呢!瞧,莫比乌斯带是多么的神奇!

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