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Seccionalmente suave, no-orientable, cerrado superficie: una contradicción en los términos, o me estoy volviendo loca?

Tuvimos una charla de un par de semanas atrás, mirando de Gauss teorema de la divergencia, y en la definición del teorema, se especifica que el límite del volumen bajo consideración, S, tenía que ser un 'seccionalmente suave, orientable, superficie cerrada'.

Lo que molesta/me intriga es que no puedo entender cómo una superficie cerrada en el espacio 3D NO puede ser orientable. Seguramente cada superficie cerrada es orientable!

Mi muy no rigurosas, intuitiva argumento se ejecuta de la siguiente manera:

1) Como la superficie es cerrada, podemos definir dos regiones, una en el interior de la superficie, y uno fuera

2) se puede construir una normal a la superficie en cualquier punto P que apunta hacia el interior de la región. Por lo tanto la dirección de la normal se define para cada punto.

3) Como la superficie es seccionalmente continua, esto normal varía de forma continua.

4) de Acoplamiento (2) (define la dirección de la normal) con (3) (cambiando continuamente normal) nos da una orientación de la superficie cerrada.

5) por lo Tanto cualquier superficie cerrada es orientable.

Pero, por supuesto, la precisión de los términos de la declaración de la Ley de Gauss sugiere fuertemente que la gente mucho más inteligente que yo, se han descubierto algunos exóticos no-orientable, superficie cerrada. ¿Es esto cierto?

Cuando le pregunté a mi profesor acerca de esto, él sólo sonrió y dijo que él no sabía nada de los ejemplos, pero de que existen, y entonces dijo algo aún más tentadoras sobre las reflexiones de los de mayores dimensiones de los objetos

Me encantaría si alguien pudiera arrojar algo de luz sobre mi situación.

Gracias

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Luboš Motl Puntos 5567

Tienes razón que si la superficie tiene que encajar en 3D, y si es no-auto-intersección, entonces tiene que ser orientable.

Pero si usted permite que la superficie 2D para la auto-intersecan o ir a la 4ª dimensión, hay muchos contraejemplos. La Botella de Klein es la más simple.

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Toma una botella, calor arriba y empuje la garganta a través del cuerpo, para conectar con un agujero que usted preparó en la parte inferior de la botella. Este colector es equivalente a un $Z_2$ orbifold de un toro - donde el $Z_2$ generador de cambios por la mitad de un período en una dirección de el toro y refleja la otra dirección de el toro.

La regla (1) falla porque no hay ningún bien definido interior y exterior. De hecho, si usted hace los viajes alrededor de la botella de Klein que invertir la orientación, es inevitable que los intercambios en el interior con el exterior así. Tenga en cuenta que si usted entra en el agujero en la parte inferior de la botella (ver la foto), usted todavía está fuera, pero como usted viaje a través de la garganta, es evidente que se han metido dentro de la "objeto", así que no hay distinción entre el exterior y el interior.

La botella de Klein es la auto-intersección si incrustado en tres dimensiones. Alternativamente, usted puede evitar las intersecciones si uno de los trozos de la superficie que se intersecan se desplazan en una cuarta dimensión del espacio.

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