無限循環樓梯原理,走不完的樓梯是什么原理

四條樓梯,四角相連,但是每條樓梯都是向上的,因此可以無限延伸發展,是三維世界里需要在一定角度下才能看到的樓梯。

  1. 簡介:

    潘洛斯階梯,又名潘羅斯階梯,由英國著名數學物理學家、牛津大學數學系名譽教授潘洛斯提出。潘洛斯階梯是:四條樓梯,四角相連,但是每條樓梯都是向上的,因此可以無限延伸發展。在三維世界中不可能出現。這種不可能出現的物體來自于將三維物體描繪于二維平面時出現的給人視覺造成錯覺的現象。

  2. 相關信息:

    Arthur 展示給Ariadne看的奇怪階梯,以及Arthur繞到傭兵背后的樓梯間,這是一座無限循環的階梯。這種不可能出現的物體來自于將三維物體描繪于二維平面時出現的錯視現象。

    潘洛斯階梯?其名稱Penrose來自于英國數學物理學家羅杰·潘洛斯,他于1950年代設計了Penrose triangle,潘洛斯寫了幾篇文章討論這些所謂的不可能事件, On the Cohomology of Impossible Figure這篇短文討論了這些對象的群的上同調。

    按理這些對象不可能實際在三維空間構造出來,因為這些錯視和觀看角度密切相關,不過可以利用計算機3D繪圖做到無限接近的程度,但是觀看者看到的依舊是顯示在二維平面屏幕上的圖像。

永遠走不完永遠向上的樓梯叫什么

彭羅斯階梯(Penrose stairs)是一個有名的幾何學悖論,指一個始終向上或向下但卻無限循環的階梯,可以被視為彭羅斯三角形的一個變體,在階梯上永遠無法找到最高的一點或者最低的一點。彭羅斯階梯由英國數學家羅杰·彭羅斯及其父親遺傳學家列昂尼德·彭羅斯于1958年提出。彭羅斯階梯如同莫比烏斯圈、克萊因瓶,不可能在三維空間內存在,但只要放入更高階的空間。

鬼吹燈里那個永遠往下走的樓梯原理

永無止盡的無限循環樓梯,叫做彭羅斯階梯,在我國被稱之為懸魂梯,也就是鬼吹燈中那個永遠往下走的樓梯。

身在彭羅斯階梯中,人們永遠無法找到它的最高或最低點,也沒有盡頭,由英國著名數學物理學家、牛津大學數學系名譽教授彭羅斯(Roger Penrose)及其父親提出。彭羅斯階梯可以說是世界上有名的關于二維和三維空間的幾何悖論。

彭羅斯階梯在現實生活中是永遠不可能存在的,實際上它是由我們的視覺系統瞬間意識地對一個二維圖形的三維投射,形成的錯視現象。雖然彭羅斯階梯不可能在三維空間內存在,但只要放入更高階的空間,彭羅斯階梯就可以很容易的實現,如同莫比烏斯環、克萊因瓶。

此外,如果想要彭羅斯階梯在現實中實現,那么必須依靠人的錯覺(或者說感覺的誤判)才能實現。

所需的條件:

1、“緩坡現象”和背景的光影效果:抵消人們視覺上的角度判斷;

2、臺階“平面”小角度上揚:依靠小角度來抵消踝關節對于角度的判斷,例如角度如果小于5度,人們是難以依靠踝關節的姿勢(或者說“攀登感”)來判斷它是否為水平的;

3、每個臺階必須兌現自己的落差,而不是幾十個臺階來兌現一個臺階的落差;

緩坡現象原理:

當人們下一個陡坡(例如30度角)之后,再下一個中陡坡(例如只有15度),最后換到一個小陡坡(5度),由于對比效果,人們可能會認為在“上坡”,但是實際上卻是在下坡。

這個現象在開車的時候,一些特殊山道可能會遇到,此時人們明明感覺在上坡,但空擋滑行卻可能越來越快,甚至停車之后感覺車在向“上坡”方向滑行。

步行的時候這個現象通常會被

A.背景環境、

B.踝關節的姿勢(或者說傾角)、

C.“攀登感”所糾正;

而構造彭羅斯階梯(懸魂梯)的時候,可以避免上述三個糾正方式:

A.靠光影和背景來抵消環境的影響(例如墻壁上的圖案本身也是歪斜的);

B.依靠小的傾角來抵消踝關節自身的角度判斷(腳跟比腳尖高了10cm誰都能感覺到,但如果只有0.2cm,感覺就會很不明顯,甚至完全無法發覺);

C.依靠“臺階運動”扭曲攀登感,長期的上坡或者下坡都會給自身帶來比較明顯的“費力”或者“省力”感,但如果只是幾步的上下坡感覺就會很小,如果中間夾雜上上下臺階的動作,這個效應也會被剔除;

臺階“平面”小角度上揚

人體對于角度的感知是有不敏感區的,大角度(例如30度),僅僅是為了保持重心,我們站上去會有明顯的感覺,但小角度卻難以感知。

在沒有其他判定依據的前提下,人們的潛意識會認為臺階的平面是“水平”的,但恰恰是這里進行了感覺欺騙。

5度的小傾角下,tan值約為0.09,也就是說如果臺階長度是220cm,就能靠5度的傾角上揚20cm。

使用1度的傾角上揚20cm也不過就是需要不到12米而已。

最終:

1、人們需要從一個大角度的斜坡“下到”(上到)懸魂梯區域內,以兌現緩坡效應

2、每個臺階高20cm,長度要達到5米以上,以不足5度的小角度上揚每一個臺階的盡頭都與上一個臺階的盡頭實際上保持水平

3、利用“光影效果”給出一個與臺階平面相同傾角的壁畫,并且連綿不絕

4、臺階的“下落段”必須與下一個臺階保持垂直,也就是本來應該“豎直向下”的部分也存在偏角,讓兩個臺階保持垂直。

擴展資料:

克萊因瓶最初由德國幾何學大家菲立克斯·克萊因提出的,在1882年,著名數學家菲立克斯·克萊因發現了后來以他的名字命名的著名“瓶子”。

克萊因瓶是一個不可定向的二維緊流形,而球面或輪胎面是可定向的二維緊流形。如果觀察克萊因瓶,有一點似乎令人困惑--克萊因瓶的瓶頸和瓶身是相交的,換句話說,瓶頸上的某些點和瓶壁上的某些點占據了三維空間中的同一個位置。但是事實卻非如此。

事實上,克萊因瓶的瓶頸是穿過了第四維空間再和瓶底圈連起來的,并不穿過瓶壁。用扭結來打比方,如果把它看作平面上的曲線的話,那么它似乎自身相交,再一看似乎又斷成了三截。但其實很容易明白,這個圖形其實是三維空間中的曲線。它并不和自己相交,而是連續不斷的一條曲線。

參考資料:

那個無限循環的樓梯是怎么設計的,

這還是數學里面非常有意思的命題,電影中阿瑟與夢境設計師阿麗雅德妮(艾倫·佩吉飾)走過的那段回形樓梯,讓人印象深刻而且不可思議。阿麗雅德妮走了四段樓梯,一直往上走,但卻又回到了起點的地方。這其實是荷蘭錯覺圖形大師埃舍爾著名畫作《上行與下行》中的無限樓梯,畫中精巧的數學幾何圖形產生了一種視覺錯覺,但是現實中的“不可能世界”在夢境成為了可能。%D%A  另一個令人深刻的細節是柯布為了考察阿麗雅德妮設計建筑的能力,讓她在兩分鐘內設計出一個一分鐘內解不出來的迷宮。阿麗雅德妮前兩次設計的都是矩形的迷宮,柯布很輕易地就解開了;第三次她設計了一個環形的迷宮,這回她難住了柯布。而這個迷宮其實正是著名的環形蛇迷宮。這也是一個不可能圖形,是一個永遠也走不出來的真正的迷宮。%D%A  阿瑟的樓梯和阿麗雅德妮畫的迷宮,并不復雜,但它們卻并不存在于現實世界。用數學上的語言來說,真實的世界是歐式空間(歐幾里得空間),而夢中的迷宮則是建立在非歐式空間(非歐幾里得空間)之中的。%D%A  而后柯布教授阿麗雅德妮時,把世界折成了一個盒子狀的結構。大地變成了盒子的內表面,天空位于盒子的中心,世界變得像萬花筒一樣顛來倒去,同樣是一種非歐氏空間。%D%A  如果我們為每一個空間都設置坐標系的話,歐式空間的坐標系是直線,而非歐式空間的坐標系會彎曲成一個圓圈。在一維上,歐式空間是直線,非歐式空間可以是圓圈。在二維度上,歐式空間是平面,非歐式空間則可以有多種。%D%A  柯布所展示的盒子世界,其實就是球形的非歐式空間。如果我們要構造一個阿麗雅德妮所走的埃舍爾樓梯,在那個空間的高度方向一定是彎曲成了一個圓。這樣樓梯的最高點和最低點具同一高度,所以才能連接上。在這個空間中,依然有向上和向下的方向,但意義已不同。向上和向下不代表高度的增減,而是指從兩個不同的方向畫圈。%D%A  好比從一個方向上看,向上走是順時針,向下走是逆時針。所以當你向上走和向下走時,一直都在不斷重復。生活中這樣的樓梯是沒有的,但時鐘等許多事物的工作方式卻具有這樣的性質。%D%A  在電影的迷宮設計中,造夢師如果想把一個人困住,就要給他一種無限的錯覺。把被騙的人想成是一只小蟲子,在二維世界里,如果是歐式空間,就是一個平面,你只能設計一個很大的圓,但小蟲總有一天還是會跑出去。但如果這是一個非歐式空間,如球面,小蟲怎么都跑不出去,這樣,造夢者就可以將敵人永遠困在自己設計的夢中。%D%A  柯布設計的迷宮,核心思想就是將敵人困在一個圈中。但故事的復雜性還遠超于此。阿麗雅德妮展示了一種不同于柯布設想的迷宮結構,那就是鏡子中產生無窮多的人像。%D%A  阿麗雅德妮把柯布帶到一個地方,關上門,弄出兩面鏡子,兩面鏡子之中出現了數不清的人像。因為鏡子可以在鏡子中成像,于是就有了鏡中鏡中鏡中鏡??隨著鏡子層數的加深,鏡中像會越來越小。但即使是極小的一個像,經過放大,里面還是有鏡中鏡中鏡中鏡??這便是幾何上被稱為分形(fractal)的結構。我們可以將鏡中鏡看成《盜夢空間》故事結構的一種比喻。因為鏡中可以有鏡,所以就有鏡中鏡中鏡中鏡??同樣,因為夢中會產生夢,所以有夢中夢中夢中夢???%D%A  分形結構對應著無窮的遞歸的邏輯。物理學上的觀點“基本粒子可以再分”正是如此,分子分解成原子,原子分解成電子、質子和中子,現代物理學在進一步分解電子、質子和中子。但每得到一種基本的粒子,就要將其分解成更基本的粒子,這種邏輯就決定了世界的最基本的粒子是找不到的。%D%A  夢中夢也是這樣一種分形似的邏輯,而電影的開篇和片尾,柯布和齊藤出現在同樣的場景中,構成了一個循環,到這里,《盜夢空間》己經打開了不可知論的魔盒。%D%A實際上差不多了%D%A