最近,位于成都的五岔子大桥,引得人们争相打卡。该桥桥体分为主桥和副桥,主桥在上,连接两岸绿道,可供自行车顺利通过;副桥在下,市民可以停留观赏风景。与普通的桥梁相比,造型的独特感,是这座桥的最大亮点。而这座桥正是运用了莫比乌斯环来建造的。那么莫比乌斯环究竟是什么?它的发现对于我们有什么意义?
莫比乌斯环的来源
莫比乌斯环是由德国数学家、天文学家莫比乌斯和约翰·李斯丁在1858年独立发现的。莫比乌斯环的名字听起来很抽象,但事实上,莫比乌斯环的制作方法十分简单。拿出一个纸带,把纸带的一端扭转180度,再将它与另一头连接起来,这样就形成了一个莫比乌斯环。
莫比乌斯环本身具有魔术般的性质,原本分开的上下两面,变成了连在一起的一个永无止境的面。如果你用铅笔沿着这条带子在上面画线,等你画完回到刚才画好的起点时,你会发现这条带子的正反两面都被画上了铅笔的痕迹。在画线的这个过程中,其实也没有刻意地去翻转这个纸带,却能达到双面都画上线的效果。
莫比乌斯环的原理是什么
人类生活在庞大的三维空间内,我们的所见所闻都是三维空间的产物,但实际上,随着科学的发展,科学家发现,宇宙并不只有三维空间,宇宙一共可以划分为11个维度空间,而人类其实一直处在三维空间内。对于空间的理解,科学家是这样解释的:第零维度空间其实是一个点,而宇宙在形成之前,它的初始状态就是一个奇点,当这个奇点集聚了足够多的能量之后,奇点发生爆炸,之后宇宙才得以产生,时间和空间才能形成。第一维度是一条无限延伸的线,第二维度是平面,而莫比乌斯环其实是一个需要在三维空间才能粘连起来的二维曲面。
莫比乌斯环其实是属于一种拓扑结构,它能在图形被弯曲、拉大、缩小或任意变形下保持不变,只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点,又不产生新点。换句话说,这种变换的条件是:在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系,并且邻近的点还是邻近的点。这样的变换叫作拓扑变换。拓扑有一个形象说法——橡皮几何学。因为如果图形都是用橡皮做成的,就能把许多图形进行拓扑变换。例如一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字“8”。因为不把圈上的两个点重合在一起,圈就不会变成“8”,莫比乌斯环正好满足了上述要求。
莫比乌斯环的运用
由于莫比乌斯环本身蕴含着永恒、无限的意义,所以它带给了艺术家很大的灵感源泉。我们的生活中无处不体现莫比乌斯环,比如三箭头循环再生标志、游乐园的过山车、象征着爱情永恒的戒指。
莫比乌斯环的概念还被广泛应用在建筑、艺术以及工业生产领域。在建筑领域,成都五岔子大桥、位于北京的凤凰国际传媒中心,其设计灵感就来源于莫比乌斯环。环绕该建筑一周找不到交界点在哪里,有界却无边,所有曲线在360°的空间连续循环,通过一个连续的、不断变化的曲面将高耸的办公楼和低矮的演播楼统一成一个封闭的整体。在艺术领域,一些设计品牌推出的指环等饰品都是莫比乌斯环概念的产物。在工业生产领域,以往的车站和工厂常用的传送带所使用的“常圈”结构,会导致传送带的一面出现较多的磨损。有人将传送带做成莫比乌斯环的形状,使应力分布到“两面”,成功将其使用周期延长了一倍。(本报综合)