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[拓扑空间童话记(上)] 拓扑空间

时间:2019-01-17 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

   变形虫的奇遇    有一种很微小很微小的单细胞生物名叫阿米巴(ameba),由于它的身体会不断地变化,生物学家给它取名为“变形虫”,这小虫在脏水中生长,有时会钻进人的肚子里去,使得人们腹泻,严重时还能致人死亡。有一次,一个生物学家把一滴脏水放到显微镜底下观察,他看到这滴水的世界真是神奇万千:有含叶绿素的藻,有长着鞭毛迅速游泳的一些鞭毛虫,他还看到两只变形虫。
   生物学家童心大起,拿了一个很小很小的线圈放到玻璃片上把变形虫围起来。于是从显微镜下,他看到其中一只变形虫左冲右撞,想要从圈子过去,另外一只变形虫却像在练瑜珈的老僧一样一动也不动。(见图一)
  
   这生物学家的显微镜安装有最新式的“细菌语言播音机”,因此他能听到这两只变形虫的对话。
   “我的老天爷,这是什么墙?为什么把我关起来,我要出去,我不愿意在一个狭小的天地里。”那只急躁不安的小变形虫在叫喊。
   “碰!碰!碰!”小变形虫把身体往墙上撞(事实上这墙在大人的眼中只不过是一个小线圈),它的身体撞痛了,因而扭曲得很厉害。
   小变形虫用身体去撞那个如老僧坐定的变形虫,对它喊叫:“喂!我们被关起来了,为什么你还不想出去?你究竟是什么变形虫?难道不知道‘不自由、毋宁死’的道理吗?”
   那只不动的变形虫伸伸懒腰,开口说话:“为什么吵吵闹闹,把我从我的数学思考中吵醒?我是阿米巴数学家,我在研究微妙的数学真理,你不该来吵我。”
   小变形虫说:“我们已经失去自由了,你还在研究那什么都看不见的数学,你快想个妥善的方法,使我们能脱离困境。”
   阿米巴数学家说:“你别急躁!我给你讲一个故事。”它一面慢慢地把它身体的一部份拉长变成手指,然后在沉积一些薄薄的污泥的玻璃面上画了一条线。
   “你看:这条线可以向左右两端无限延长,这上面生活了两个小点,它们只能在这线上自由跑动,向左移动或者向右移动,我现在把它们活动的空间切断。你看,画两条线把这线截下来,让我们听听这两个小点的对话吧!”
   只见一个小圆点正在焦急不安地不断撞墙。(事实上,在变形虫的眼中,那只不过是一截小线段。)它把头撞得肿痛,于是倒转回来,撞那个好像“天塌下来,什么事都和我无关”的小圆点。
   “你怎么撞我呢?”懒得动一动的小圆点责怪那位不安分的小圆点。“我正在研究数学,你把我从那美妙的世界带回现实世界,破坏了我的玄想,实在岂有此理!”
   “唉呀呀!我们被关闭起来了!现在我把你唤醒,希望我们可以想一个方法跑出牢笼,你怎么能随便怪我呢?”
   小圆点数学家被那个紧张兮兮的小圆点推到墙面前,要他研究出去的方法,小圆点数学家沉思片刻回答:“有什么难呢?我们生活在一维空间里 ,实际上还有一个叫二维空间的世界,只要你跑进二维空间的世界,你的自由度就能增加,你仍可以绕过障碍回到我们原来的世界。”
   小变形虫呱呱喊叫说:“这有什么了不起的?非常明显。小圆点真笨,还要小圆点数学家解释才明白。”(见图二)
  
   变形虫数学家严肃地说:“不要讥笑比你差的人!嘲笑别人的人,总有被人嘲笑的时候。我们是二维空间的生物,还有一个三维世界。我们的世界,只有东南西北的方向,在那个世界有一种叫‘上、下’的区分,就像小圆点的世界只有‘左、右’的方向,而没有我们的‘东南西北’,因此你只要进入三维世界,把身体向上伸,你就可以越过障碍,回到你的世界去。”(见图三)
  
   以上的故事是我编出来回答一位学生物的朋友的。他问我为什么有一些数学家在遭受打击或关在牢笼时(这是他看过我的书之后提出的问题)还能做研究。
   我的故事是对数学家的玩笑,也包括对我自己的自嘲。但是里面却有一些哲理,读者只要把它当作禅宗里的老和尚的偈语看待,去参透参透,总会悟到一些道理。“天机不可泄漏”,我不想多说。
  
   小王子和伤脑筋的国王
   法国有一本著名的儿童故事书叫《小王子》,这里面有一个天真无邪的小孩名叫“小王子”,许多国家的儿童都知道他的故事。可惜作者创作这个故事之后,却因喜欢驾飞机而失事,从此没有新的“小王子”的故事出现。
   有一次,我因生病孤寂地躺在床上,我听到一个微弱的声音:“对不起!对不起!让我自由。”(S’il vous plait! s’il vous plait! Liberez moi!)
   我循着声音传来的方向找去,在书架上看到一个像小蜻蜓的小东西,正在挣扎地要从一本书里爬出来。“唉呀!你不是小王子吗?!”我惊异地喊起来。
   我连忙把书从书架里抽出,打开书,小王子就从书上跳到我的手上。“这样是比较舒服。”小王子对我说。
   我躺回床上,把小王子放在我的被上,我问他:“告诉我小王子!你以后还有什么奇异的经历?请你告诉我,我很想知道。我很高兴你能来找我。”
   “唉!我走了很多星球,看了各种各样的生物,我可以告诉你一些。”下面是他讲的一个故事:
   “有一天,我来到一个星球,这星球只有一个国王。”
   “这国王有一个美丽的王后,她怀孕了。国王说:‘如果我们有一个王子,这王子就继承我的星球。如果生下两个王子,我就把星球分成南半球和北半球,由他们分管。’王后问:‘万一我生下3个王子,你怎么分给他们呢?’国王说:‘很容易。我只要站在北极上,往南极划3条线,这星球的土地就被分成3块,他们能互相来往而不需要通过第三者的国土。’王后再问:‘如果我是生下4个王子,你能不能再把领土分配,使他们兄弟能直接来往,而不必通过第三者的国土呢?’国王说:‘很容易,你看我这样分配国土。’国王一面说一面在桌上画了一个圆,然后就在圆形上画弧(见图四)。‘我只要把老大,老二、老三、老四照图上的安排法,他们就能互相往来,不必经过第三者的国土了’。”
  
   “我去到那里的时候,王后却是一生就生下5个小王子,全国人民都很高兴,国王也高兴。国王在给这些孩子取名之后,就想早一点安排他们以后应有的领地,可是他却一直安排不出来,他召了几个大臣及最有智慧的老人来商量,也没有人能使每个孩子的领地都能和其他的兄弟接壤,使他们可以直接来往,不经过其他人的领土。”
   “我看国王画的图,真是多种多样,的确是没有一个能符合要求,我带回了几个国王和大臣们设计的图。(见图五)”
  
   我现在拿了这些图来给你看,你能不能帮帮国王呢?
   我把小王子给我看的图来一个变化……
   (未完待续)

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