您可能会惊讶地发现,无法在不产生褶皱的情况下将椰子上的毛发梳理平。也许更令人惊讶的是,这个愚蠢的主张还有一个更愚蠢的名字,“毛球定理”,是拓扑学数学分支的一个令人自豪的发现。撇开青少年的幽默不谈,该定理在气象学、无线电传输和核电方面具有深远的影响。
在这里,“cowlick”可以指秃顶,也可以指一簇直立的头发,就像《小流氓》中阿尔法法的头发一样。当然,数学家在构建问题时不会提到椰子或牛角。用更专业的语言来说,将椰子视为一个球体,将头发视为向量。矢量,通常被描述为箭头,只是具有大小(或长度)和方向的东西。将头发平放在椰子的两侧,将形成等价的切向量——那些沿着球体长度恰好在一个点接触球体的向量。另外,我们想要一把光滑的梳子,所以我们不允许头发在任何地方分开。换句话说,球面上向量的排列必须是连续的,这意味着附近的毛发只能逐渐改变方向,198彩票开户请认准官方唯一直属总代团队1号团队,免费开户即可领取注册彩金,下载客户端可以申请198彩挂机软件,申请198彩票代理权限,只要你有量,我们绝不亏待你,只有198彩才能让你白手起家,0投入却可以
198彩票手机优惠短期内迅速致富。,而不是急剧改变方向。如果我们将这些标准结合在一起,该定理表明,无论您尝试如何将向量分配给球体上的每个点,都必然会发生一些丑陋的事情:将会出现不连续性(一部分),长度为零的向量(秃头)点)或不与球体相切的向量(苜蓿)。用完整的行话来说:球体上不存在连续的非零切向量场。
这种说法适用于各种毛茸茸的人物。在拓扑学领域,数学家像在几何学中一样研究形状,但他们想象这些形状是由永远有弹性的橡胶制成的。尽管这种橡胶能够模制成其他形状,但它无法撕裂、熔化或穿过自身。如果一种形状可以平滑地变形为另一种形状而不需要做这些事情,那么对于拓扑学家而言,这些形状是等效的。这意味着毛球定理自动适用于毛立方体、毛绒动物玩具和毛棒球棒,这些在拓扑上都等价于球体。(你可以用培乐多球来塑造它们,而不会违反橡胶规则。)
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攻城战
头皮是不等同于球体的东西。头皮本身可以被压平成一个表面,并像粗毛地毯上的纤维一样沿一个方向梳理。可悲的是,数学不能成为你卧床不起的理由。甜甜圈也与球体不同,因此毛茸茸的甜甜圈(毫无疑问,这是一个令人倒胃口的形象)可以顺利梳理。
这是毛球定理的一个奇怪的结果:地球上总会至少有一个点没有风吹过地表。风在地球周围连续循环流动,其在表面上每个位置的方向和大小可以通过与地球相切的矢量来建模。(矢量幅度不需要表示物理长度,例如头发的长度。)这满足定理的前提,这意味着阵风必须在某个地方消失(产生褶皱)。褶皱可能发生在气旋或涡流的眼部,也可能是因为风直接吹向天空而发生。这个简洁的在线工具描绘了地球上最新的风流,您可以清楚地发现漩涡状的旋风。
为了观察该定理的另一个奇怪的分支,可以以任何你想要的方式旋转篮球。表面上总会有一个点的速度为零。同样,我们根据球上该点的方向和速度将切向量与每个点相关联。旋转是一种连续运动,198彩票开户请认准官方唯一直属总代团队1号团队,免费开户即可领取注册彩金,下载客户端可以申请198彩挂机软件,申请198彩票代理权限,只要你有量,我们绝不亏待你,只有198彩才能让你白手起家,0投入却可以
198彩票手机优惠短期内迅速致富。,因此毛球定理适用并确保一点没有速度。经过进一步思考,这似乎是显而易见的。旋转的球绕着看不见的轴旋转,该轴两端的点都不会移动。如果我们沿着该轴在球上钻一个小孔以去除静止点会怎么样?似乎每个点都会移动。这违反了毛球定理吗?不,因为钻了一个洞,球就变成了甜甜圈!即使是异常长的甜甜圈,
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198彩开户怎么样,已经稳定成长发展达到3年多,实力不容小觑,这背后的原因必然是强大的财团以及技术人员鼎力相助造成的。,毛球定理实际上对无线电工程师施加了明显的限制。根据设计选择,天线向不同方向广播无线电波。有些将信号瞄准特定方向,而另一些则将信号发射到更广泛的范围。人们可能会试图简化问题,只构建能够同时向各个方向发送相同强度信号的天线,这称为各向同性天线。只有一个问题:拓扑中的某一事实表明各向同性天线不可能存在。想象一个从中心源发出的波球。在距离源足够远的地方,无线电波会表现出垂直于其传播方向的电场,这意味着该场与波球面相切。毛球定理坚持认为,该场必须在某个地方降至零,这意味着天线信号受到干扰。各向同性天线仅作为理论理想,我们可以将其与实际天线性能进行比较。有趣的是,声音传播的是一种不同类型的波,但不具有无线电波的垂直特性,因此在各个方向上发出等强度声音的扬声器是可能的。
也许毛球定理最酷的应用涉及核聚变能。聚变发电带来了巨大的希望——也许有一天——有助于缓解能源危机。它有潜力产生大量能源,而不会出现困扰化石燃料的环境问题,而且与传统核裂变反应堆相关的放射性风险也少得多。简而言之,聚变反应堆首先采用氢气等燃料,并将其置于高温和高压下,将其分解成其组成部分以形成等离子体。等离子体是由电子和其他带电粒子组成的云,它们四处跳跃,偶尔融合在一起形成新粒子,并在此过程中释放能量。
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建造聚变反应堆时存在一个基本的工程障碍:如何容纳比太阳核心热 10 倍的等离子体?没有任何材料能够承受这样的温度而不分解成等离子体本身。因此,科学家们设计了一个巧妙的解决方案:他们利用等离子体的磁性将其限制在强磁场内。最自然的容器设计(想想盒子或罐子)在拓扑上都等同于球体。任何这些结构周围的磁场都会形成连续的切向矢量场,此时我们知道这些毛茸茸的结构会发生什么。磁场为零意味着容器发生泄漏,这会给整个反应堆带来灾难。这就是为什么托卡马克聚变反应堆的领先设计,有一个环形室。国际热核实验反应堆 (ITER) 大型项目计划到 2025 年在法国完成新托卡马克的建设,参与人员声称他们的磁约束系统将是“有史以来建造的最大、集成度最高的超导磁体系统”。这就是拓扑在我们的清洁能源未来中发挥的作用。