冈布茨:一个原本不存在的物体形状,究竟有什么神奇的特性?

眼前这个被不断推倒,又能最终回归同一个稳定状态的物体被称为冈布茨。你肯定会觉得这个物体和不倒翁很像,没错,它的运动状态确实和不倒翁很像,但是它的内部构造却和不倒翁有着很大的差别,甚至科学家一度认为这样的物体是不存在的。

而它的神奇之处在于它是一种只有一个稳定平衡点,和一个不稳定平衡点的均质物体。在说明这个问题之前,我们要先来了解什么是稳定平衡点和不稳定平衡点。比如以常见的鸡蛋为例,我们可以通过外力将其立在桌子上,但是只要细微的力量变化,就会使这种平衡打破,此时让鸡蛋平衡的就是不稳定平衡点。反之当鸡蛋横卧在桌面上的时候,所处的平衡点就是稳定平衡点。如果拿一个立方体来举例的话,就更明显,它的某一个面接触桌面时,即使受到一定的外力也不会产生状态变化,就是因为这个面上存在着稳定平衡点。

而我们常见的不倒翁,不论大小都是只拥有一个稳定的平衡点,和一个不稳定的平衡点,所以无论怎么晃动,最终都会回到同一种的稳定形式。

这么说的话,冈布茨就和不倒翁是一样的,并没有什么神奇的。但其实不然,不倒翁实现不倒,并且维持同一种稳定形式,是通过改变上下之间的重量决定的,不倒翁的下部重量会很重,上部却很轻,这样便将不倒翁的重心压得很低。

那么是否存在一种内部重量均衡的物体,同时具有一个平衡点和一个非平衡点,可以像不倒翁一样被推倒,又重新恢复到同一状态。而这正是俄罗斯的一位数学家弗拉基米尔·阿诺德在1995年提出的问题,但是在三维空间的均质物体中,人们甚至没有发现平衡点少于4个的物体,也就让这个问题逐渐被淡忘,直到10年后冈布茨被发明。

作为本不存在的物体,冈布茨在2006年被发明出来,那它是如何实现一个平衡点和一个非平衡点的均质物体?

之所以用发明而不用发现来形容冈布茨的出现,是因为冈布茨本不是自然界就会存在的物体。研究制造它,耗费了匈牙利数学家加博尔·多莫科什,和它的学生彼得·瓦尔科尼两人10年的时间。当绝大多数人通过实际经验得出不可能的结论时,他们却相信可以通过数学计算,找到一个这样既拥有一个稳定平衡点和一个不稳定平衡点,而又是质地均匀的三维实体,并且可以进一步的将其制造出来。

通过大量的研究和计算,他们终于找到了这样一种物体存在的可能性,并且在2006年正式推出了这个物体,将其取名为冈布茨。而冈布茨是这个世界上第一种有着这种性质的物体,也是一个人造的特殊物理形态。

而它被人们熟知是在2010年举办的上海世博会上,当时匈牙利的国家馆将其作为了镇馆之宝对外展示,并且匈牙利为其赋予了很多含义,比如冈布茨能够像不倒翁一样,虽然总是被推倒,但是最终一定能够回到原本的状态,而这象征着匈牙利整个民族,总能够在挫折中不断重新站立起来的精神。而冈布茨总是回到稳定点的状态,又被认为象征着平衡与和谐。

不过冈布茨的出现,最重要的还是体现了执著的科学精神。发明他的两位学者,并没有因为现实可见的困难而放弃探索,也没有因为前人的结论而人云亦云,这正是科学所需要的不断质疑的精神。

不过冈布茨这个本不存在的物体被发明出来之后,另一个问题摆在了面前,就是它有什么用。但是从目前来看,它并没有什么实际的应用,除了在数学上证明了一个这样的原理外,好像对实际生活并没有什么影响。而即使被制作出来的冈布茨实体,一般也只是作为工艺品展示,但是冈布茨的价值应该远远不止这些,它应该有更大的价值。

能够像不倒翁一样,推倒又再次回到稳定的冈布茨,真的就没有什么实际意义吗?

当匈牙利的两位学者在潜行寻找,这种能够拥有一个平衡点,和一个非平衡点的均质物体时,估计也没有想过它到底有什么用,就像数学家证明各种定理时,也不会去想究竟有什么实际的用途,因为理论研究本身就不是为了现实中即刻的用途准备的。

但是冈布茨却不是凭空捏造的,在现实世界中完全可以找到冈布茨的影子,你有没有想过,乌龟在被翻过来之后是怎么实现翻身的,其实大多数乌龟都是通过它们的小短腿和脑袋,不断的晃动让自己找到平衡点来实现翻身的,但是有一种印度星龟,却不需要晃动四肢来辅助,就能够轻松翻身,从四脚朝天转变成四脚落地的状态。而人们惊讶地发现,这种乌龟的龟壳外形非常类似冈布茨的造型,而目前发现有3种乌龟的龟壳呈现这样的形态。

这究竟是巧合还是大自然的神奇,我们不得而知,但是在万物的进化过程中,大自然早已将世界上所有秘密的答案,都展现在我们的面前,只是我们却并没有发现,直到科学家将一个看似全新的物体或理念拿到我们面前,我们才会恍然大悟,这或许就是冈布茨存在的意义吧。

不过冈布茨虽然可以被制造出来,但是要想实现和数学模型上一样的效果,还要更加精密的加工能力,冈布茨整体比较平滑,需要非常精细的打磨才能够保证成为标准的冈布茨,更重要的是冈布茨的稳定点和不稳定点在同一个平面上,而这就要求在加工时误差不能大于0.1毫米,否则就可能无法实现完美的展示。

所以是否能做出一个完美的冈布茨体,展现的是一个国家的制造能力。至于冈布茨的最终应用,科学家还在不断地研究,相信有一天这个原本不存在的物体形状,会有自己的可用之处。

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页面更新:2024-05-20

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