我们已经从二维的平面三角形进入三维的四面体,从二维的平面正方形进入三维的立方体,那么我们能否从二维的等宽图形进入三维的等宽图形呢?答案是肯定的:除了球之外,还有很多其他等宽图形。不管你在平面上怎样放置它们,它们总可以保持一样的高度。如果你在一本书下放置3个等宽图形,并让它们滚动起来。书移动得非常平稳,以至于你可能以为是3个完美的球体在书的下面滚动。
有两种方式可以将二维的勒洛三角形转化为三维版本。第一种方式是将勒洛三角形绕对称轴旋转一周,其经过的区域会形成一个三维体,这样得到的图形被称为旋转体(solid of revolution)。我个人觉得这种方式有点耍赖:它和平面勒洛三角形没有太大区别。如果将这个立体图形从正中间切开,截面仍然是一个勒洛三角形。这正是这种方法奏效的原因:当立体处于平衡状态时,它正面的轮廓线总是一个二维的等宽图形。它涉及的数学知识没有新东西,不过是勒洛三角形二维版本的升级。
由勒洛三角形形成的旋转体有点“耍赖”
为了真正利用三维空间的性质,你需要从正四面体开始,将所有平面替换为部分球面。我们要做的事情和用圆规画曲边相似,只不过我们所画的不再是圆的一部分,而是球的一部分。接着你需要把三条边画成圆弧(可以是交汇成顶点的三条边,也可以是周围的三条边),最终得到的图形被称为迈斯纳四面体(Meissner tetrahedron,有两种迈斯纳四面体,取决于你画成圆弧的是哪几条边)。它在1911年首次亮相,命名自瑞士数学家恩斯特·迈斯纳(Ernst Meissner)。巧合的是,他的中学数学老师和爱因斯坦的中学数学老师是同一人。迈斯纳四面体非常难制作,但我和几个朋友通过注塑制作成功了,看:
我知道你一定想要一个,也可能三个。