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你听过没有尽头的循环楼梯吗?彭罗斯阶梯就是,究竟有多诡异呢?

发布:2024-10-02 浏览:47

核心提示:你听说过没有尽头的循环楼梯吗?彭罗斯阶梯就是这样的存在,人若在其中便会永远走不出,那彭罗斯阶梯悖论究竟有多诡异呢?如果你身处这样一个楼梯中,明明一直在走却永远走不出这几层楼梯,你在上楼梯的过程中,也是在不断地下楼梯,而且这并不是恐怖小说中的“鬼打墙”剧情,而是著名的数学家罗杰尔·彭罗斯在1958年提出的,不过他只是将这个设想画在了平面的纸上,却没有实际将其制作出来。但是从他画作的平面演示上可以看出,这是一个由四段楼梯,首尾相接组成的四方形楼梯模型。当演示的小人通过楼梯的攀登,上升到最后一段楼梯的最高阶梯时

你听说过没有尽头的循环楼梯吗?彭罗斯阶梯就是这样的存在,人若在其中便会永远走不出,那彭罗斯阶梯悖论究竟有多诡异呢?如果你身处这样一个楼梯中,明明一直在走却永远走不出这几层楼梯,你在上楼梯的过程中,也是在不断地下楼梯,而且这并不是恐怖小说中的“鬼打墙”剧情,而是著名的数学家罗杰尔·彭罗斯在1958年提出的,不过他只是将这个设想画在了平面的纸上,却没有实际将其制作出来。
但是从他画作的平面演示上可以看出,这是一个由四段楼梯,首尾相接组成的四方形楼梯模型。
当演示的小人通过楼梯的攀登,上升到最后一段楼梯的最高阶梯时,便又回到了第一段楼梯的最底层阶梯。
如果继续攀登将会循环往复,重复这样的过程,反之如果攀登的小人选择下楼梯也是同样的效果。
如果你不信就暂停画面,一阶一阶的顺着这个楼梯模型去数,你会惊讶的发现,原本在现实中不可能出现的楼梯首尾相接的情况,在这里似乎完全合乎逻辑顺序。
但是我们明显知道现实生活中这是不可能的,所以这个看着很合理却又不合理的楼梯模型,被称为彭罗斯阶梯悖论。
而这个看似诡异的话题,因为彭罗斯的数学家和物理学家的身份,变成了一个值得探讨的科学话题,甚至彭罗斯获得2020年诺贝尔物理学奖,都与这个诡异的楼梯分不开关系。
因为彭罗斯从小在父亲的启迪之下,就对各种奇怪的几何构型深感兴趣,也因此创造出了彭罗斯阶梯这样的奇怪构造,更打开了他在宇宙空间研究上的思维。
不过彭罗斯楼梯更多的还是在心理学上被有所应用,彭罗斯最早创作的这样一些奇怪的几何构造,也是发表的心理学杂志上。
著名的超现实电影《盗梦空间》就是受到了彭罗斯楼梯的启发,在电影中展现了彭罗斯楼梯,只不过需要通过电影剪辑的手法实现,其他一些拍摄循环楼梯的影片,也是需要通过剪辑的方式实现无限循环的效果,但是彭罗斯之所以让人觉得不可思议,是因为其中暗藏着一个秘密。
永远走不到头的楼梯,既合理又矛盾的彭罗斯阶梯悖论,究竟是如何做到迷惑双眼的?如果在现实中要做一个,与彭罗斯阶梯悖论完全相同的阶梯模型,是怎么也无法完成的。
当人们通过环绕的四段楼梯,攀登到最高处的时候,就会发现首尾并不会相连。
终点和起点之间拥有一定的落差,循环也就在此中断。
这也就是悖论产生的原因,现实与画作相互违背,不过在平面的画作模型中,彭罗斯阶梯是能够实现自洽的。
之所以出现这样的问题,是因为人们需要在现实中制造出这个楼梯,而将二维的画作,看做是一个三维的实物模型。
其实如果从高空俯视,忽视掉三维世界的高度差,就非常接近彭罗斯阶梯悖论中的模型,而且悖论中讨论的楼梯,又做了一定光影上的改变,将现实中不应该搭建在一起的首尾,强行搭建在一起,并且让人感觉连接的非常和谐。
而彭罗斯楼梯悖论中的模型,之所以在三维现实生活中不合理,是因为其违背了一个最基本的原理,就是人在顺着楼梯不断攀登向上的过程中,增加了一个维度的量,就是高度。
如果想要再重头走一遍,这个围绕一圈的楼梯,就一定要有一个向下的过程,将高度这个量重新降到起点的位置。
但是楼梯悖论中,这个量突然凭空消失,就是这个问题的节点。
画作中彭罗斯巧妙地利用了光影造成的视觉感知错位,迷惑了我们的双眼,让我们觉得这是一个既不断向上攀登,但又不断向下的过程。
不过彭罗斯并不是一个魔术师,做一些迷惑人的小把戏来逗我们开心。
他提出这一个悖论,也是在启迪和发散我们的思维,虽然在现实三维世界中这个楼梯并不可能合理存在,但是不代表在更高的维度中不存在这样的构型。
作为三维世界生物的我们,很难理解比我们更高维度的事物,所以这些我们看起来不可思议的几何构型,很可能就存在于四维甚至更高维度的世界中。
彭罗斯楼梯因在现实中无法实现,而成为了悖论,那么在更高维度中彭罗斯楼梯能够实现吗?彭罗斯楼梯悖论之所以会产生一个不断上升,却又循环往复的楼梯,和我们的眼睛感知事物的成像有关,本来在三维世界中存在的事物,在我们的视觉感知中只能以二维画面的形式存在,为了体现其三维的特性,都是通过明暗的阴影关系去重新建立感知模型。
而彭罗斯楼梯就是,通过明暗的光影处理之后,会让大脑在看到这个楼梯画面时,大脑无法形成统一重叠的画面感知,而不断通过拼凑各部分画面,来形成一个新的画面认知。
这种在大脑之中的思维印象的投射,就是我们错位感知的源头。
但是就有科学家不信邪,使用高维空间的弦理论,推算出了彭罗斯楼梯,在高维空间存在的可能性。
不过我们并不能看到高维空间的存在,就像二维世界无法感知三维世界的高度一样。
不过也有可能,彭罗斯楼梯如果存在,我们能看到的也就是其在三维世界的投射,就像任何一个三维世界的物体,拿到二维世界都是一个截面的展现,在二维世界看来也是非常的不合理。
而除了彭罗斯阶梯悖论,还有一个非常类似的就是彭罗斯三角形,同样这个三角形通过光影处理看似合理,却也无法实现首位相接,而很多现实中看似完整的彭罗斯三角形,也是因为拍摄角度的不同造成的,其实换一个角度就可以发现一个大缺口。
其实不管是彭罗斯楼梯还是三角形,都是我们人类目前的视野难以感知的,不管他是否在更高维度中存在,我们都不用将其当作一件诡异的事情,相反他是启迪我们不断探索认知界限的一把钥匙,至少彭罗斯是因为这样的启发,而在物理学的研究上获得了成功。
而至于是否真的存在这样一个永无止境,让人窒息的楼梯就没有那么重要,或许它只存在于你的梦境之中。

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