馬克杯和甜甜圈竟然是相同的形狀？

　　如何一筆畫完成柯尼斯堡七橋？

　　映射、流形與扭結

　　從曲面幾何猜想宇宙形狀

　　解開百年大謎——龐加萊猜想！

　　這些都可以用拓樸學一一解密！

 

　　2016年的諾貝爾物理獎由3位英國學者共同獲得，其中1∕2的獎金頒給目前任教於美國華盛頓大學的David J. Thouless，其餘1∕2則由美國普林斯頓大學的F. Duncan M. Haldane及美國布朗大學的J. Michael Kosterlitz分享。

 

　　這3位學者獲獎的主要貢獻是「物質的拓樸相變及拓樸相態的理論發現」，物質在極低溫的環境中常會產生一些奇異的現象，這物質會轉變成完全不同的狀態（或稱相態），即人們熟知的超導體。

 

　　這個發現不僅開啟了人們對不同於傳統四態（即固態、液態、氣態、電漿態）及傳統相變的全新領域的探索，也對當前材料、電子科學及量子電腦的發展有重要的影響。

 

　　拓樸學（topology），是在數學上一門鑽研不會受到形狀或大小的連續變化而改變的幾何性質。

　　例如就幾何形狀來看，碗、馬克杯、甜甜圈這3樣東西，哪兩個看起來比較相似呢？

　　拓樸學從數學拓樸的概念來看，馬克杯跟甜甜圈其實才是相同的。

 

　　在拓樸學中有一種克萊因瓶，這是一個非常特殊的瓶子，我們生活的空間幾何維數是三維，而克萊因瓶只能在四維及更高維空間存在，理論上無法在我們三維空間中製造出來，就好像在一個二維平面上不能制造出一個球來一樣。

 

　　這是一種沒有開口也沒有出口的瓶子，沒有裡面也沒有外面，外面就是裡面，裡面就是外面，這是一種只存在四維空間的克萊因瓶之祕！

 

　　

　　日本愛媛大學理學部數學系畢業，愛媛大學研究所理學研究科碩士課程修畢，津田塾大學研究所理學研究科博士課程肄業。曾為橫濱國立大學工學部生產工學系應用數學文部技術官員、橫濱國立大學工學部生產工學系應用數學助手，現為橫濱國立大學研究所工學研究院特聘研究教員。譯作有《変換群入門》、《数学を語ろう！1幾何篇》（Springer）、《オズの数学》（產業圖書）。

 

 

　　日本東京大學理學部數學系畢業，東京工業大學研究所理工學研究系博士課程肄業。曾為室蘭工業大學數理科學共通講座助教授，美國康乃爾大學數理科學研究所客座研究員，現為橫濱國立大學研究所工學研究院教授。主要著作有《3小時讀通統計【漫畫版】》（世茂）、《マンガでわかる複雑ネットワーク》（Science Eye新書）、《図解雑学　複雑系》、《図解雑学　確率》、《図解雑学　確率モデル》（Natsumesha）等。

 

 

 

　　清華大學原子科學院學士班畢。現為自由譯者。譯作有《數學文章寫作》、《世界第一簡單機器學習》、《世界第一簡單電力系統》（世茂出版）等。賜教信箱：[email protected]