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盜夢空間中的鬼打牆,原來是這樣的!你知道嗎?| ?科學小知識

在著名的電影《盜夢空間》當中,曾經有這樣的一幕,夢境當中的人員,沿著一圈環繞的臺階向上不停的行走,卻永遠在原地打轉。

實際上,這一幕在《哈利波特系列》、《迷宮》等多數電影都有出現,主人公在階梯上不斷奔跑運動,自以為走了很長的距離,然而卻永遠只能在原地轉圈。。。如果是按照中國民間的講法,簡稱為“鬼打牆”。

實際上,上述的畫面,來自於一個著名的數學悖論,那就是彭羅斯階梯(Penrose Step),

1958年,遺傳學家列昂尼德·彭羅斯和他的兒子,著名物理學家羅傑·彭羅斯提出了一個構想,一段始終向上或者向下的階梯,卻永遠的走不到盡頭,這也意味著在階梯上無法找到最高的一點或者是最低的一點。

隨後各種彭羅斯階梯的設想圖在網路上流傳,根據科學家的分析和論證,彭羅斯階梯顯然無法存在於三維空間,但是放入更加宏大的空間當中,是能夠輕易實現的,這因此也成為了有名的數學悖論,攀登者一次次地繞圈圈,不過是在一個水平面上重複不必要的工作。

然而彭羅斯階梯真永遠走不出去嗎?一位來自荷蘭的畫家,莫里茨·科內利斯·埃舍爾(Maurits Cornelis Escher),卻透過自己的方式,想辦法將這幅被認為是“不可能的階梯”所畫了出來。

石板畫“攀高和下行”,誕生於此悖論提出沒多久,埃舍爾將階梯創造在一座城堡上,透過光影的對調,城堡最上端的人們在不斷的行走,彼此之間的距離並沒有發生改變,《攀高和下行》一時間也成為名畫,被認為是對“彭羅斯階梯”最好的闡述。

1898年6月,埃舍爾出生在了荷蘭弗里斯蘭省一個土木工程師家庭,他的身體羸弱,從小在特殊學校就讀,卻在繪畫上有著超出常人的天賦,同時對空間也是相當敏感,在長大之後,埃舍爾進入建築學院進行學習,為之後的嚴謹畫圖埋下了伏筆,24歲的埃舍爾已經開始創作,並且在作品中極力透過光線和平面,讓讀者產生視覺誤差,包括彭羅斯階梯在內,他的作品因此成為不少科幻影視的靈感來源。

當然,埃舍爾只是做出了不錯的還原,使得人們更好地理解這一份畫作,卻並沒有解決根本的問題,也就是其存在性。

實際上,“彭羅斯階梯”不過是“彭羅斯三角形”簡單化的一個概念,羅傑彭羅斯提出,有這樣一個三角形,兩條線段長度相等,一條線段兩端加上向外的兩條斜線,另外一條線段加上向內的兩條斜線,那麼前者要比後者長得多。

在普通人的視角當中,這個三角形似乎合理而又不合理,創造了一種視覺上的扭曲感,由於在幾何學上存在明顯悖論,因此彭羅斯三角形在1958年被《英國心理學月刊》稱為“最純粹形式的不可能”。

這顯然已經不是一個單純的數學問題,甚至還涉及到了藝術哲學相關的概念,另外一些科學家則提出了觀點,認為它們在特定的“三維流形”中容易存在。至於這些深奧的道理,顯然常人有些難以接受。

當然了,挑戰人們視覺感覺的圖形可不止“彭羅斯階梯”一個,比如由一張紙帶組成的莫比烏斯環,兩個面塗成不一樣的顏色,但是小蟲卻能夠在不翻越邊緣的情況下,爬遍整個曲面。

而另外一個克萊因瓶,同樣是在1882年所提出,像球面一樣封閉,完全只有一面的“瓶子”,真有機會在現實中存在嗎?依然有人將其當作了一個四維空間才能夠存在的問題。

上述的這些假說或者構想,表面上似乎十分容易成立,然而研究起來卻也是無比的晦澀難懂,也希望將來的科學在這方面,能有著更大的突破。

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