3 翻转空间
如上所述,通过手套的例子我们可以看到,右手性物体似乎不可能转换成左手性的。但事实果真如此吗?或许我们能想出某种极为特殊的奇妙空间,在其中完成这样的转换?要回答这个问题,我们不妨从平面上的二维居民入手,作为三维空间的生物,我们可以从外部的“超维度”上观察他们。图22描绘了平面世界的两位居民,他们的空间只有两个维度。画面上手握一串葡萄的男人可以称为“正面人”,因为他只有正面,没有侧面;但那头驴子却只有侧面,所以我们称之为“侧面驴”,或者更确切地说,“右视侧面驴”。当然,我们同样可以画一头“左视侧面驴”,因为这两头驴子都被局限在平面上,所以从二维的视角上看,它们是不同的,正如在我们的日常空间中,左手和右手的手套不一样。如果在平面上将“左驴”和“右驴”叠到一起,那么它们不可能完全重合;要让二者的鼻子和尾巴两两对应地重合起来,你只能掀翻其中一头驴,让它四脚朝天,那它自然没法稳稳当当地站在地面上。
生活在平面上的二维“影子生物”。这些二维生物的生活似乎不怎么舒服,平面上的人有正面无侧面,而且他永远没法将手里的葡萄送进自己的嘴巴。那头驴子倒是能吃到葡萄,但它只能往右走,要想往左走的话,它只能倒退。虽然驴子倒着走不是什么稀罕事,但毕竟不太方便
但是,如果你让一头驴离开平面,在空间中将它翻转180度,然后让它重新回到平面上,那么它会变得和另一头驴完全一样。以此类推,我们可以说,如果让右手套离开三维空间,在第四个维度中以某种合适的方式将它翻转,再让它重新回到我们的空间里,那么它也可以变成左手套。但我们的物理空间没有第四个维度,所以上述方法不具有可操作性。还有什么别的法子吗?
呃,我们不妨再次回到二维世界,但这次我们要讨论的不是图22所示的普通平面,而是所谓的“莫比乌斯面”。这种面的名字来自一百多年前首次研究它的一位德国数学家。制作莫比乌斯面非常简单:取一根长纸条,将它盘成一个环;再将纸条一端扭转180度,最后把两端粘起来。你就知道该怎么做了。莫比乌斯面有许多奇异的特性,其中一点很容易发现:取一把剪刀,沿着平行于莫比乌斯面边缘的方向完整地剪一圈。当然,按照你的预想,最终我们应该得到两个独立的环。但真正去做以后,你却会发现自己想错了:我们剪出来的不是两个环,而是一个大环,它的长度是原来那个环的两倍,但宽度只有原来的1/2!
现在我们来看看,影子驴在莫比乌斯面上行走时会发生什么。假设这头驴子从位置1(图23左上)出发,此时它是一头“左侧驴”;驴子走啊走,经过位置2和位置3,最后回到起点,我们在图上可以清晰地看到这个过程。但让你(和驴子自己)大吃一惊的是,走到位置4的时候,这头驴子发现自己陷入了窘境,它不知为何变得四脚朝天了!当然,它可以翻个面,让自己重新站稳,但要是这样的话,它就变成了一头右侧驴。
简而言之,我们的“左侧”驴在莫比乌斯面上走一圈以后就变成了“右侧”驴。而且别忘了,在这个过程中,驴子始终停留在同一个面上,没有离开莫比乌斯面在空间中完成翻转。因此我们发现,在一个扭曲的面上,右手性物体只需通过扭曲处就能转换成左手性物体,反之亦然。图23所示的莫比乌斯环实际代表着另一个更具普遍性的面的一部分,即克莱因瓶(图23右),这个自我封闭的瓶子只有一面,而且没有锐利的边界。既然在二维面上可以实现不同手性物体的转换,那么在我们的三维空间里一定也能做到,只要以某种适当的方式扭曲空间。当然,想象莫比乌斯式的扭曲空间并不容易。我们不能像观察“影子驴”一样从外面观察三维空间,身在此山中的人自然难以看清事件的全貌。但天文空间完全有可能是自我封闭的,也可能存在莫比乌斯式的扭曲。

