從拓撲學(xué)看人體：我們身上到底有幾個“洞”？

來源 | LiveScience作者 | Kit Yates這是一個聽起來簡單，卻可能引發(fā)激烈辯論的問題：人體有多少個洞？

如果只是羅列身上的開口，答案似乎顯而易見：嘴巴、鼻孔（兩個）、耳朵（兩個）、尿道、肛門，對于女性還有陰道，對于哺乳期女性還有乳頭上的輸乳管。如果再算上眼睛內(nèi)角用于排淚的淚小點和全身數(shù)百萬個毛孔，這個數(shù)字會變得非常龐大。

關(guān)鍵在于：如何定義“洞”？

但別急著數(shù)數(shù)。數(shù)學(xué)家告訴我們，要回答這個問題，我們首先必須達成一致：什么才算一個“洞”？

數(shù)學(xué)家的“洞”是什么？

我們?nèi)粘Ｋf的“洞”往往指一個凹陷，比如沙灘上挖的坑。但英國曼徹斯特都市大學(xué)的數(shù)學(xué)講師凱蒂·斯特克爾斯指出，這并非數(shù)學(xué)家所定義的“洞”。

“數(shù)學(xué)家使用‘洞’這個術(shù)語，指的是像甜甜圈中間那樣的洞：一個貫穿物體兩端、能從一邊穿到另一邊的洞?！?凱蒂·斯特克爾斯

換句話說，數(shù)學(xué)家，特別是拓撲學(xué)家，只關(guān)心貫穿的通道。一個經(jīng)典的例子就是吸管。很多人會認為吸管有兩個洞（兩頭各一個），但拓撲學(xué)家認為它只有一個洞。因為如果你把吸管想象成橡皮泥，可以將其擠壓、拉伸，最終會變成一個甜甜圈的形狀。吸管兩端的開口其實是同一個貫穿通道的入口和出口。

用拓撲學(xué)重新審視人體

現(xiàn)在，讓我們用這個嚴格的定義來重新檢查人體的各個開口。關(guān)鍵測試是：能否將一根極細的線從一個開口穿入，并從另一個不同的開口穿出？

毛孔、輸乳管、尿道：這些都屬于“盲管”。它們有入口，但末端是封閉的，線穿到盡頭就會被組織擋住。因此，它們不算拓撲學(xué)上的洞。

耳道：雖然很深，但盡頭被鼓膜封閉，無法直接通到中耳或咽喉，所以也不算。

淚小點：這是很多人會忽略的開口。每只眼睛上下眼瞼各有一個，共四個。淚水從這里流入鼻淚管，最終排入鼻腔。這意味著，你可以從淚小點穿入，從鼻孔穿出。所以，它們構(gòu)成了貫穿的通道。

那么，符合標(biāo)準(zhǔn)的貫穿通道有哪些呢？

消化道：從口腔到肛門，是一個連續(xù)的管道。

呼吸道：兩個鼻孔內(nèi)部在后方匯合，連接到咽部，最終也通向口腔。因此，鼻孔和口腔在內(nèi)部是相通的。

淚道系統(tǒng)：四個淚小點最終都匯入鼻腔。

但問題來了：當(dāng)多個開口在內(nèi)部連接在一起時，它們共同構(gòu)成了一個更復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)。斯特克爾斯用一個生動的例子解釋：一條內(nèi)褲有三個開口（腰部和兩條褲腿），但拓撲學(xué)家會認為它只有兩個洞。因為當(dāng)你把腰部開口撐開成一個圈后，會發(fā)現(xiàn)兩個褲腿是獨立的向下通道。

同理，人體雖然有很多開口，但它們在內(nèi)部是連通的。嘴巴、鼻孔和淚小點都在咽喉部相互連通。因此，數(shù)學(xué)家認為，對于大多數(shù)人來說，人體一共有7個洞：

1個由口腔、鼻孔和淚道系統(tǒng)共同形成的復(fù)雜連通洞。

1個肛門（消化道末端）。

另外5個則取決于性別：男性有1個尿道口；女性有1個尿道口和1個陰道口。

最后一個懸念：女性是否多一個洞？

文章最后提出了一個有趣的生物學(xué)懸念。通常認為陰道-子宮-輸卵管路徑也是一條“盲管”，因為輸卵管的末端（傘部）是開口于腹腔的，但似乎沒有直接通到體外。

然而，有研究表明，從一側(cè)卵巢排出的卵子有可能被對側(cè)的輸卵管捕獲。這意味著，在理論上，一根極其微小的線有可能從一側(cè)輸卵管穿入，經(jīng)過子宮和陰道，再從另一側(cè)輸卵管穿出。如果這個通道成立，那么女性的生殖道就構(gòu)成了一個貫穿的“洞”。這樣一來，女性身體的總洞數(shù)就變成了8個。

結(jié)論

所以，最終的答案取決于你問誰。從嚴格的拓撲學(xué)角度看：

男性身體有7個洞。

女性身體有7個或8個洞，這取決于是否將生殖道視為一個完整的貫穿通道。

這個看似簡單的問題，最終將我們引向了數(shù)學(xué)中迷人的拓撲學(xué)領(lǐng)域。它告訴我們，人體的設(shè)計更像是一件精心編織的連體衣，各個開口在內(nèi)部巧妙相連，而非一塊簡單的瑞士奶酪。下次當(dāng)你思考這個問題時，或許會對自己身體的結(jié)構(gòu)有更深的理解。

https://www.livescience.com/physics-mathematics/mathematics/how-many-holes-does-the-human-body-have