圖形&除了直角三角形和斜三角形，還有另一種三角形？

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作者：邵紅能（科普作家，上海市城市科技學(xué)校）
來源：《知識就是力量》雜志
三角形按角分有直角三角形，銳角三角形，鈍角三角形。除了咱們課本中學(xué)過的這些，你還知道哪些呢？相信你絕對沒有聽過彭羅斯三角形。

彭羅斯三角形最早是由瑞典藝術(shù)家奧斯卡·羅特斯維爾德在1934年制作。英國數(shù)學(xué)家羅杰·彭羅斯及其父親遺傳學(xué)家列昂尼德·彭羅斯設(shè)計并推廣此圖案，并在1958年2月份的《英國心理學(xué)月刊》中發(fā)表，稱之為“最純粹形式的不可能”。
彭羅斯是誰？

彭羅斯原全名羅杰·彭羅斯，是英國著名數(shù)學(xué)家、理論物理學(xué)家、爵士、牛津大學(xué)教授，為物理學(xué)、數(shù)學(xué)和幾何學(xué)做了很多貢獻(xiàn)。他還是霍金的生前好友。從1965直到1970年，霍金和彭羅斯組成一個黑洞和嬰兒宇宙的研究小組，兩人一道將奇點的存在性證明推廣到更加一般的情況，包括早期宇宙。

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▲羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）
彭羅斯先后進(jìn)入倫敦大學(xué)隸屬中學(xué)和倫敦大學(xué)學(xué)院，在劍橋讀研究生的第二年，參加了在阿姆斯特丹召開的國際數(shù)學(xué)家大會。在那里，他對演講者手中的目錄冊封面產(chǎn)生了興趣。冊子的封面是一幅畫，埃舍爾的畫《晝夜》，畫里的鳥兒在向著相反的方向飛行，景色的一邊是黑夜，另一邊是白晝。彭羅斯被它迷住了，于是，就問演講者是從哪里搞到的。演講者說這幅畫是埃舍爾的作品《晝夜》。于是，彭羅斯就被這些不同于任何自己所見過事物的詭異而奇妙的畫面深深地吸引了。他決定自己嘗試著畫一些不可能有的景致，結(jié)果就想出了這個被稱作為三桿的東西。這是一個看上去像是三維物體的三角形，但事實上它不可能是三維的。后來，他在雜志上發(fā)表了一篇文章，對埃舍爾表示感謝。?

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彭羅斯階梯

彭羅斯階梯也是一個有名的幾何學(xué)悖論，指的是一個始終向上或向下但卻無限循環(huán)的階梯，可以被視為彭羅斯三角形的一個變體。這是一個由二維圖形的形式表現(xiàn)出來的擁有4個90°拐角的四邊形樓梯。由于它是個從不上升或下降的連續(xù)封閉循環(huán)圖，所以，一個人可以永遠(yuǎn)在上面走下去而不會升高。據(jù)說，這些圖案也是受到了荷蘭畫家埃舍爾那些不可能出現(xiàn)于現(xiàn)實的詭異畫面啟發(fā)而創(chuàng)作的。彭羅斯階梯不可能在三維空間內(nèi)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(xiàn)。如同莫比烏斯環(huán)、克萊因瓶。
【圖形&除了直角三角形和斜三角形，還有另一種三角形？】

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▲《盜夢空間》中的彭羅斯階梯。

彭羅斯貼磚

彭羅斯是一位大膽而充滿豪情的學(xué)者，他對單一的圖形和重復(fù)不那么感興趣，而對無窮的變化興味盎然。準(zhǔn)確說來，他感興趣的是一類“非周期性”貼磚。
1974年，他創(chuàng)造了一套具有革命意義的貼磚樣式，這套貼磚，能夠以永不重復(fù)的方式鋪滿在無窮平面上。它們由若干塊組成一套，可以嚴(yán)絲合縫地鋪滿無窮大的平面，而構(gòu)成的圖案又不會重復(fù)。這可是一個難題，因為他不能使用具有二、三、四、六條對稱軸的圖形（如矩形、正三角形、正方形和正六邊形），這些圖形在無窮大的平面上會鋪成周期性的重復(fù)圖案。這就意味著彭羅斯只能依靠那些會在平面上留下縫隙的圖形，也就是那些具有禁用對稱性的圖形。8年后的1982年，以色列晶體學(xué)家丹尼爾·謝赫特曼發(fā)現(xiàn)，某種金屬合金的原子排列與之前測量的其它結(jié)果都不一樣。后來，彭羅斯獲得了數(shù)學(xué)圈中少有的公眾知名度，謝赫特曼則贏取了諾貝爾獎。這兩位學(xué)者，都違抗人類的直覺，改變了我們對自然結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識，并揭示了從高度有序的環(huán)境中出現(xiàn)無盡變化的可能性。

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圖形&除了直角三角形和斜三角形，還有另一種三角形？