由来： 　　在 1882年，著名数学家菲立克斯·克莱因 (Felix Klein) 发现了后来以他的名字命名的著名“瓶子”。这是一个象球面那样封闭的（也就是说没有边）曲面，但是它却只有一个面。在图片上我们看到，克莱因瓶的确就象是一个瓶子。但是它没有瓶底，它的瓶颈被拉长，然后似乎是穿过了瓶壁，最后瓶颈和瓶底圈连在了一起。如果瓶颈不穿过瓶壁而从另一边和瓶底圈相连的话，我们就会得到一个轮胎面(即环面)。

具体分析

　　我们可以说一个球有两个面——外面和内面，如果一只蚂蚁在一个球的外表面上爬行，那么如果它不在球面上咬一个洞，就

无法爬到内表面上去。轮胎面(环面)也是一样，有内外表面之分。但是克莱因瓶却不同，我们很容易想象，一只爬在“瓶外”的蚂蚁，可以轻松地通过瓶颈而爬到“瓶内”去——事实上克莱因瓶并无内外之分！在数学上，我们称克莱因瓶是一个不可定向的二维紧致流型，而球面或轮胎面是可定向的二维紧致流型。如果我们观察克莱因瓶的图片，有一点似乎令人困惑——克莱因瓶的瓶颈和瓶身是相交的，换句话说，瓶颈上的某些点和瓶壁上的某些点占据了三维空间中的同一个位置。但是事实却非如此。事实是：克莱因瓶是一个在四维空间中才可能真正表现出来的曲面，如果我们一定要把它表现在我们生活的三维空间中，我们只好将就点，只好把它表现得似乎是自己和自己相交一样。事实上，克莱因瓶的瓶颈是穿过了第四维空间再和瓶底圈连起来的，并不穿过瓶壁。这是怎么回事呢？我们用扭结来打比方。如果我们把它看作平面上的曲线的话，那么它似乎自身相交，再一看似乎又断成了三截。但其实很容易明白，这个图形其实是三维空间中的曲线，它并不和自己相交，而且是连续不断的一条曲线。在平面上一条曲线自然做不到这样，但是如果有第三维的话，它就可以穿过第三维来避开和自己相交。只是因为我们要把它画在二维平面上时，只好将就一点，把它画成相交或者断裂了的样子。克莱因瓶也一样，这是一个事实上处于四维空间中的曲面。在我们这个三维空间中，即使是最高明的能工巧匠，也不得不把它做成自身相交的模样；就好像最高明的画家，在纸上画扭结的时候也不得不把它们画成自身相交的模样。题图就是一个用玻璃吹制的克莱因瓶。好玩的是，如果把克莱因瓶沿着它的对称线切下去，竟会得到两个麦比乌斯圈！

性质

　　从拓扑学角度上看，克莱因瓶可以定义为矩阵[0，1] × [0，1]，边定义为 (0，y) ~ (1，y) 条件 0 ≤y≤ 1 和 (x，0) ~ (1-x，1) 条件 0 ≤x≤ 1可以用图表示为 　　-------> 　　^ ^ 　　| | 　　<------ 　　就像麦比乌斯带（又名：莫比乌斯带）一样，克莱因瓶没有定向性。但是与之不同的是，克莱因瓶是一个闭合的曲面，也就是说它没有边界。麦比乌斯带可以在三维的欧几里德空间中嵌入，克莱因瓶只能适用于四维空间。 　　克莱因瓶与麦比乌斯带 大家大概都知道麦比乌斯带。你可以把一条纸带的一段扭180度，再和另一端粘起来来得到一条麦比乌斯带的模型。这也是一个只有一麦比乌斯带、一个面的曲面，但是和球面、轮胎面和克莱因瓶不同的是，它有边（注意，它只有一条边）。如果我们把两条麦比乌斯带沿着它们唯一的边粘合起来，你就得到了一个克莱因瓶（当然不要忘了，我们必须在四维空间中才能真正有可能完成这个粘合，否则的话就不得不把纸撕破一点）。同样地，如果把一个克莱因瓶适当地剪开来，我们就能得到两条麦比乌斯带。除了我们上面看到的克莱因瓶的模样，还有一种不太为人所知的“８字形”克莱因瓶。它看起来和上面的曲面完全不同，但是在四维空间中它们其实就是同一个曲面——克莱因瓶。 　　实际上，可以说克莱因瓶是一个三度的麦比乌斯带。我们知道，在平面上画一个圆，再在圆内放一样东西，假如在二度空间中将它拿出来，就不得不越过圆周。但在三度空间中，很容易不越过圆周就将其拿出来，放到圆外。将物体的轨迹连同原来的圆投影到二度空间中，就是一个“二维克莱因瓶”，即麦比乌斯带（这里的莫比乌斯带是指拓扑意义上的莫比乌斯带）。再设想一下，在我们的三度空间中，不可能在不打破蛋壳的前提下从鸡蛋中取出蛋黄，但在四度空间里却可以。将蛋黄的轨迹连同蛋壳投影在三度空间中，必然可以看到一个克莱因瓶。 　　附：克莱因瓶在三维空间中是破裂的，最少要有一个裂缝，如果有两个裂缝的话，它必然是两条部分相和连的莫比乌斯带，同样n条莫比乌斯带也可以组合成一个有n个裂缝克莱因瓶。

克莱因瓶与太极图

　　克莱因瓶从上往下的投影即为太极图。

莫比乌斯带和克莱因瓶只是作为拓扑几何的著名范例而被充分研究，作为几何图形的性质它们是清晰、间单、甚至是优美的，但人们对它的所表达的事物性质却迷惑不解，几乎所有的数学家，哲学家，爱好者都对它的性质着迷，但难于理解这种简单的几何图象所表达的神秘性质：两个面如何是一个面？一个面又如何是两个面？它们是从形式的流变中的揭示了几何学的哲学，用几何学的方法表现了最深刻的哲学原理，这种西方哲学和几何学所未充分了解的秘密却在古代中国思想家中得到了充分的领悟。如果我们把莫比乌斯带和克莱因瓶进一步进行抽象的综合，即去掉它们的空间性质，我们可以得到一个更加抽象的思想图式，它就是中国太极图 (见附图) 。它抽象地表达了存在于一切事物之中的绝对性质——阴与阳和它们的统一，这就是古老的中国理念“道” 和“易”。“知其白，守其黑，为天下式，常德不忒，复归于无极。”(老子：第二十八章) 太极图和老子的这段话的对应性令人惊叹，这不是图形和语言的牵强附会，而是理念的一致。莫比乌斯带和克莱因瓶表现了阴阳的流变统一过程，但却没有产生表达这种思想理念的结果，因为西方哲学中缺少这种理念，中国哲学有这种超越的思想理念，但是没有清晰的表达方法，因为中国古代缺少充分发展的几何学，只能用简单的图式表达最透彻的哲学思想，这不是图式的神秘，而是思想自身所具有的透视性的深邃性。借助于莫比乌斯带和克莱因瓶，太极图所包含的哲学思想可以被更形象地表示出来，而借助于中国思想的理念，几何学的原理可以得到更深刻的认识，比如对一些近代几何的概念如非欧几何、射影几何、变换群等等，都可以有较好的理解，甚至对一些复杂的数学物理思想如物理空间等都可以有助于理解，实际上有一些在现代科学最前沿探索的学者都自觉地从中国思想理念中寻找启示，如浑沌理论，非线性理论等等，或许中国思想将给予我们更深刻的东西。 　　中国的道的思想是自身变易的，表现为一切事物的阴阳相对性质和阴与阳的超越互生上，从克莱因瓶的形象可以看到以阳入阴和阴中生阳的流变过程，从每一个局部看，阴阳是明显对立的，但从全体看，则没有阴阳的分别，而是合一的统一。所以中国思想的理念不是固化的美的形式，而是形式流变的自身，形式流变的的固化就是它的死亡，它是流变的美自身，因此太极图也不是美的形式，虽然从图形上看它也是美的，它蕴含的是变化的美， 流动的美，是思想的美，因此也就是美的自身，在这个意义上美与善是自身的同一。中国的文化精神充满了自身的和谐统一，人与天是世间最综合的阴阳事物，"天人合一"正是这样一种世间所有事物在自身的变易中超越统一的理念。阴阳之道不是绝对对立的，中国思想也不是二元对立的，而是自身生生不息的超越统一。 　　真理毕竟是以知识表达的，柏拉图的知识学说其实不是关于事物的性质与关系的具体知识，而是关于思想与理念的关系的见解，这是很多人误解他