Đứng trước gương đếm lỗ trên người mình? Cẩn thận hoa mắt nhé! Mắt, mũi, miệng, tai, cộng thêm cả triệu lỗ chân lông nữa thì chắc đếm đến năm sau cũng chưa xong. Nhưng plot twist đây rồi: theo các nhà toán học, đặc biệt là hội chuyên về Tô-pô học (Topology - môn nghiên cứu về các đặc tính không gian được bảo toàn qua sự biến dạng liên tục), thì cơ thể người mình không "lỗ chỗ" như miếng phô mai Thụy Sĩ đâu. Ngược lại, chúng ta là những kiệt tác hình học với số lượng lỗ khiêm tốn đến bất ngờ: chỉ 7 hoặc 8 cái thôi, tùy theo bạn là nam hay nữ!
"Lỗ thật" vs "lỗ fake" - Cuộc thanh trừng bắt đầu!
OK, trước khi ai đó la làng "sao lại ít thế?!", chúng ta cần phải hiểu rõ cái gọi là "lỗ" theo chuẩn toán học nó khác với "lỗ" đời thường như thế nào.
Theo Katie Steckles - giảng viên toán học tại Đại học Manchester Metropolitan, những cái vết lõm hay hang cụt mà chúng ta hay gọi là "lỗ" trong cuộc sống thực ra chỉ là khiếm khuyết bề mặt thôi, chứ không phải lỗ thật đâu nhé!
Trong hình học Tô-pô, một cái lỗ "chuẩn chỉnh" (through-hole) phải đáp ứng tiêu chí siêu khắt khe: nó phải là đường hầm xuyên thấu, cho phép đi từ bên này sang bên kia của vật thể. Hãy nghĩ đến chiếc bánh Donut yêu quý của bạn - bạn có thể luồn ngón tay xuyên qua tâm nó được đúng không? Đó mới là lỗ thật! Còn nếu bạn chỉ ấn ngón tay vào cục đất sét tạo vết lõm sâu mà không chọc thủng đáy thì xin lỗi, đó chỉ là "lỗ tịt" (blind hole), không được tính điểm!
Khái niệm này dẫn đến một cuộc tranh luận huyền thoại trong giới toán học: Một cái ống hút có bao nhiêu lỗ? Có người bảo một, người khác bảo hai, còn team hardcore thì nói không có (chỉ là tấm phẳng cuộn lại thôi mà). Nhưng thật ra, dưới góc nhìn Tô-pô, hình dáng không quan trọng bằng sự kết nối.
James Grime - một nhà truyền bá toán học người Anh - giải thích rằng nếu bạn làm ống hút bằng đất sét mềm, bạn có thể ép bẹp nó, kéo giãn đường kính ra cho đến khi nó thành... bánh Donut luôn! Quá trình này không cần cắt dán hay đục khoét gì thêm cả. Vậy nên về mặt toán học, ống hút và bánh Donut là "đồng phôi" (homeomorphic) - hai anh em cùng cha khác mẹ, đều chỉ có một lỗ duy nhất!
Cuộc thanh lọc đại trà: Loại bỏ những "lỗ giả mạo"
Áp dụng quy tắc "xuyên thấu" vào cơ thể người, chúng ta sẽ chứng kiến một cuộc thanh trừng khủng khiếp những thứ mà ta vẫn tưởng là lỗ.
Đầu tiên, bay màu luôn là hàng triệu lỗ chân lông, tuyến mồ hôi và tuyến bã nhờn. Nếu bạn co nhỏ bằng vi khuẩn và chui vào lỗ chân lông, bạn sẽ gặp ngõ cụt ngay. Đáy lỗ chân lông bị bịt kín bởi tế bào, không thông với lối ra nào khác hết.
Tương tự, ống tai cũng out luôn. Dù nó đi sâu vào hộp sọ nhưng màng nhĩ đã đóng vai trò bức tường kiên cố ngăn cách nó với hệ thống mũi họng bên trong. Vậy nên trong mắt các pro Tô-pô học, tai chỉ là vết lõm sâu thôi, không phải lỗ đâu nhé!
Phép toán "chiếc quần lót" và con số 7 huyền bí
Sau khi loại bỏ đám "lỗ fake", chúng ta còn lại những ứng viên sáng giá cho danh hiệu "lỗ thật": Miệng, hậu môn, hai lỗ mũi. Nhưng cơ thể người phức tạp hơn thế! Ẩn giấu ở khóe mắt của chúng ta là 4 điểm lệ (puncta) - những lỗ nhỏ xíu có nhiệm vụ dẫn nước mắt thừa xuống khoang mũi (đây là lý do tại sao khóc nhiều là chảy nước mũi đó các bạn! ).
Tổng cộng, chúng ta có 8 lối mở dẫn vào bên trong cơ thể: 1 miệng, 1 hậu môn, 2 lỗ mũi và 4 điểm lệ. Nhiều người sẽ nghĩ: Vậy là 8 lỗ rồi! Nhưng toán học lại nói: Khoan đã, chỉ có 7 thôi!
Để giải thích "plot twist" này, hãy tưởng tượng về một chiếc quần lót. Nó có 3 lối mở (1 ở thắt lưng và 2 ở ống chân). Nhưng nó có mấy lỗ? Katie Steckles đưa ra mẹo hack não: Hãy tưởng tượng bạn làm phẳng chiếc quần lót ra. Nếu kéo giãn phần thắt lưng thành vòng tròn lớn như lắc vòng, hai ống quần sẽ chập lại. Về mặt hình học, khi các lối mở thông nhau trong một không gian chung, số lượng lỗ thực tế = Tổng số lối mở - 1 (với điều kiện chúng đều kết nối với nhau).
Cơ thể con người (xét về hệ tiêu hóa và hô hấp) giống như chiếc quần lót phức tạp vậy. Miệng, hậu môn, lỗ mũi và các điểm lệ đều kết nối với nhau qua hệ thống đường ruột và khoang mũi họng. Chúng tạo thành mạng lưới đường hầm liên hoàn. Do đó: 8 lối mở - 1 = 7 cái lỗ thực sự!
Nói cách khác, nếu cơ thể bạn làm bằng đất sét dẻo, một nghệ nhân Tô-pô học có thể nặn bạn thành vật thể hình học có 7 lỗ thủng mà không cần xé rách hay dán thêm bất kỳ phần nào!
Plot twist thứ 8: Bí mật của hội chị em
Tuy nhiên, con số 7 này chỉ đúng tuyệt đối với các anh. Tạo hóa đã ban cho chị em phụ nữ một cấu trúc sinh học đặc biệt, tạo ra ngoại lệ thú vị trong toán học.
Ở nam giới, hệ thống sinh dục và tiết niệu là đường ống khép kín hoặc đường cụt (bàng quang, niệu đạo không thông thấu hoàn toàn theo nghĩa Tô-pô). Nhưng ở nữ giới, hệ thống sinh sản tạo ra một con đường thông thương hoàn chỉnh thứ hai, tách biệt với hệ tiêu hóa.
Dù âm đạo thường được xem là ngõ cụt, nhưng thực tế nó dẫn tới tử cung, đi qua hai vòi trứng. Điều đặc biệt là đầu vòi trứng không bị bịt kín mà mở ra tại khoang phúc mạc (ổ bụng) để hứng trứng rụng từ buồng trứng. Các nghiên cứu y học thậm chí đã chứng minh rằng trứng rụng từ buồng trứng bên này có thể di chuyển qua khoang bụng để được vòi trứng bên kia bắt lấy, chứng tỏ sự thông thương giữa hai bên.
Về mặt lý thuyết, nếu bạn có sợi dây nano siêu nhỏ, bạn có thể luồn nó từ bên ngoài, đi qua âm đạo, tử cung, vòi trứng và chui ra tại khoang cơ thể. Hành trình xuyên thấu này tạo nên một lỗ Tô-pô hoàn chỉnh nữa. Do đó, phụ nữ sở hữu thêm một cấu trúc hình học đặc biệt, nâng tổng số lỗ trên cơ thể lên con số 8!
Câu chuyện về số lượng lỗ trên cơ thể người không chỉ là bài tập đếm số khô khan hay trò đùa trí tuệ của các nhà toán học. Nó là ví dụ đỉnh cao về cách khoa học trừu tượng có thể thay đổi góc nhìn của chúng ta về thế giới thực. Dưới con mắt của Tô-pô học, con người không phải là những khối thịt đơn thuần, mà là những cấu trúc hình học phức tạp, liên thông và kỳ diệu.
Nguồn: genk.vn