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近年来,这种思维方式在物理学和生物学中都得到了应用,用以研究DNA结成的“扭结”等。
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请看下面的图,用绳子系出的图形跟DNA这一生命的秘密有着关联。大家觉不觉得这既神奇,又神秘呢?
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扭结有几个?——扭结理论
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另一个是“图表理论”。“图表理论”研究的是由点的集合和线的集合构成的“图表的性质”。
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由点和线构成的图形叫作图表,但现在的图表理论被用于电路、电脑网络、道路交通网等。
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铁道路线图也属于图表理论
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运用数学模型来进行研究。
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现代社会中,没有这些技术的生活简直难以想象。可以说,“拓扑几何学”和我们的生活密切相关。
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宇宙是什么形状?
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将话题转移到数学世界。德国数学家波恩哈德·黎曼(1826~1866)提出了“流形”的概念。所谓流形就是无论哪个点,只要限定在它的周围,它就会变成跟普通空间一样的图形。
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地球的表面是一个平面,所以是一个二维流形。用同样的思维来思考,就可以把宇宙空间(不能考虑时间)当作三维流形。
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作为三维流形的宇宙是什么形状呢?
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这个巨大的疑问被抛出来后,法国数学家亨利·庞加莱(1854~1912)对此做出了猜想。
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庞加莱猜想
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1904年他提出了“任何一个单连通的、闭的三维流形一定同胚于一个三维的球面(如果一个封闭空间中所有的封闭曲线都可以收缩成一点,那么这个空间一定是三维圆球)”的猜想。也就是说,“没有环面洞穴的宇宙应该是圆球形的吧”。这就是著名的难题“庞加莱猜想”。
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关于拓扑几何学的“庞加莱猜想”中有一种叫作“闭曲面”的思考方式。“闭曲面”就是指“闭合的、内部被空间的一部分完全包裹起来的曲面”。比如,麦比乌斯之环等环形的圆形曲面就叫作“闭曲面”。
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