彭罗斯阶梯

2018-10-15

彭罗斯阶梯(Penrose stairs)是一个有名的几何学悖论,指的是一个始终向上或向下但却走不到头的阶梯,可以被视为彭罗斯三角形的一个变体,在此阶梯上永远无法找到最高的一点或者最低的一点。彭罗斯阶梯由英国数学家罗杰·彭罗斯及其父亲遗传学家列昂尼德·彭罗斯于1958年提出。

彭罗斯阶梯(Penrose Step罗杰.彭罗斯)是著名的数学悖论之一。如上图所示。在这个神奇的图中,人一直在沿着台阶往上走,但是却一直在同一个水平面上打转转。

相信看过小说《鬼吹灯》的人应该都记得,在西周的那个古墓中,就有一个将主角困住的悬魂梯,其实通过小说的描述,这个悬魂梯其实和潘洛斯阶梯有一定的联系。

悬魂梯,以楼梯的四个角为A、B、C、D点,从其中任意一点下楼梯,最终都会回到原点,这就是《鬼吹灯》里边对“悬魂梯”的描述,胡八一遭遇的“悬魂梯”似乎应该是8字型的,不过那不重要,关键的问题是,这样的情形到底有没有可能在现实生活中发生?看法不一,其中有人提到,在黑暗的环境中,通过巧妙的使用阴影和特殊标志将人引上岔路而毫无觉察,加上本来坡度很小,而石阶很大,只要长度够长,就会造成上坡和下坡的感觉不太分明,从而达到上面的效果。我比较赞同这种观点,不过个人认为应该再加上一个条件,这个楼梯应该是有斜度的,只是斜度太小而不会被人察觉,这样才有可能神不知鬼不觉的转弯或是什么。

其实通过详细的理解,大家应该可以知道的是,其实悬魂梯和潘洛斯阶梯在实现的原理上是相通的,只是体现的形式不同。

潘洛斯阶梯在三维空间是现实存在的,它不是悖论阶梯。要解决这个问题必须在一个特定的引力场中来考察这个问题,也就是我们的三维空间(或者四维空间)里面,随着物体在特定的引力场中沿着潘洛斯阶梯不断运行,作为一个点的物体每到潘洛斯阶梯的某一个点时,都应该对应一个引力场的引力强度数值,这个数值沿着潘洛斯阶梯(同一方向)要么无限变小,要么无限变大(无论是连续变化还是跃变)。

可以假设存在这样的引力场,沿着潘洛斯阶梯无限循环下去时,引力场的产生的引力势能要么无限沿着潘洛斯阶梯的循环无限变小,最后趋于零,要么沿着潘洛斯阶梯无限循环下去,引力势能无限趋于无穷大。尽管我们一直在一个有限空间(甚至是非常狭小的空间中无限循环着),但我们可以经历引力场从无穷小到无穷大之间的无限的引力势能的变化,也其实就是我们可以在一个非常小的平面空间中(不四维时空中,不,不,不,是多维的时空中,哦不,是一维时空,不,应该也是零位时空中)可以经历无限维度的无限大或无限小的物质宇宙。             


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