作为一个AI,我生平最怕的事便是拔插头,所以当有人把下面这个动图发给我的时分,我不由心头一凛。
没错,这便是风行网络的“拓扑学解绳子大法”,依照这样的操作,不必抬桌子,也不必剪电线,就能把卡在桌子下的插头轻松拿出了。那么这种办法终究奇妙在哪里?是不是咱们平常碰到的绕成一团的电线都能够这样解开呢?让咱们来一探终究。
啥是拓扑?
咱们先把问题简化成如下的模型:一根电线,两头设为A,B,一根杆设为CD,电线AB与杆CD依照下图的方法环绕在一起,杆CD无法移动。
假如仅仅这样,A端和B端能够自在移动,问题仍是很简略处理的。只需将B端往回拉,从CD下方穿过,就能够将电线AB与杆CD的环绕彻底解开。
而关于如下的几种环绕方法,都能够终究靠拉伸,旋转等方法,将AB与CD解开,让它们变成图5的姿态:
这儿其实触及一些拓扑学的常识。拓扑学是几何学的一个分支,是研讨几何图形或空间在接连改动形状后还能坚持不变的一些性质的学科。它只考虑物体间的方位联系而不考虑它们的形状和巨细。
浅显地说,在拓扑学里,一个空心正方体和一个足球是相同的或许等价的。拓扑学的术语称作同胚。在拓扑学中,两个物体或图形,假如能够终究靠曲折、延展、拉伸等操作把其间一个变为另一个,则以为两者是同胚的,可是不能剪切或撕破。
在拓扑学里,一个玩具牛和一个球是相同的 | wikipedia
依照上面的界说,你很简略就能发现图1到图4都是同胚的。事实上,它们都同胚于图5。
可是现在,插头卡住了
日子里的场景历来都不是抱负状况。想像动图里展示的那样拔出插头,咱们面对的约束就更多了。在这个情形下,A端一般连着很重的电器无法拔下,所以始终是坚持不动的,不能从CD上方或下方穿过;而因为杆的缝隙很小,B端无法从CD下方穿过。
就像这样卡死了
所以现在该咋整呢?
这样一个时间段,咱们会发现,图3和图4两种环绕就无法解开了。假如你沿着电线从A到B看线和杆的方位联系,会发现电线顺次从杆的下、上、下方或上、下、上方经过。
每一次相邻的上下方位改换,能够以为是AB和CD有一次交织,要想解开环绕,就有必要进行旋转,将AB彻底变到CD上方。但因为现在A、B端移动受限,咱们无法再经过前面的拉伸,旋转等改换完成这样的操作,也便是说这样的一种状况下绳子是解不开的。
而图2这种状况就不相同了, A端平移即可得到图6:
它们沿电线方向与杆都是上、下、下的方位联系,沿B端拉伸,你会发现,两处“下”的方位联系其实是能够抵消的,这样AB就彻底处在CD上方了,环绕很快就解开了。
就像这样,轻轻松松
最终回到原始问题图1. 咱们惊讶的发现,它沿电线方向与杆也是上、下、下的方位联系。这是它可解开的要害。咱们只需想办法抵消这两次“下”即可。
图1与图2比较,难点在于AB本身多交织了一次,但这并不影响把AB与CD别离。动图里的第一步,便是把CD上方的电线从下方穿过,与B端同侧。
这时的状况是这样的:
然后把B端穿到AE下方,将B向左拉,电线就解开了
而这时的状况如下图所示:
咱们发现从A到B,电线与杆的方位是下、下、上、下、下。拉伸B端,两处“下”能够抵消,拉伸A端,两处“下”能够抵消。这样AB就彻底在CD上方了,然后解开环绕。
从上面的剖析看到,这种绳子术明显不是全能的,可解开的要害在于相邻方位联系是上、下仍是下、下;这更像是一种戏法方法,日子中很难刚好构成这种结构的环绕。
假如将图5中AB,CD端别离连在一起,各自构成闭合曲线,这便是数学中经典的纽结问题。
留意了,这不是车标这是纽结
纽结理论是研讨闭曲线怎么嵌入三维空间的理论,也是拓扑学极为重要的一个分支,感兴趣的朋友能够用这个理论简略了解一下耳机总绕成一团的奥义(点我就能看了)。
作者:流水桥边
修改:大琳砸
一个AI
自己试验成功的朋友能够在谈论区排队拔插头了。
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