读书笔记 · 2026年 5月 17日 0

认识高维空间的一种思路 – day 128

假如有一种生活在二维世界的生物,比方说无限扁的蚂蚁吧,那它们肯定也跟我们一样,无法直观地去观察自己所处的世界到底是什么形状。如果有只二维蚂蚁科学家跟大家说,我们生活的世界根本不是一个平面,而是一个曲面,那大家肯定不信。那有没有什么办法,能让二维蚂蚁科学家验证自己的说法呢?还真有。平面几何里有个常识,三角形的三个内角之和等于180度。但请注意,这个规律,只在平面几何中才成立,在曲面中不成立。如果你在地球仪上画一个三角形,然后把它的三个内角加起来,那这个数字就会大于180度。如果你在马鞍上测量的话,这个数字就会小于180度。

如果二维蚂蚁科学家知道这个知识的话,就好办了。它们可以在二维世界里选三个点,然后在三个点之间连上绳子,拽直,这样就组成了一个三角形,然后去测量这三角形的三个内角之和。如果结果刚好等于180度,那就说明它们的世界是一个平面,如果结果不是180度,那就验证了蚂蚁科学家的说法,它们生活的世界是一个曲面。而且通过最终的结果大小,还能看出这个曲面究竟是球形还是马鞍形。这个方法简单有效,能让蚂蚁在不跳出二维世界的情况下,来认识自己空间的形状。更妙的是,我们人类也可以采用类似的办法,来认识三维空间的形状。