從拓撲學看人體：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。如果再算上眼睛內角用于排淚的淚小點和全身數百萬個毛孔，這個數字會變得非常龐大。

關鍵在于：如何定義“洞”？

但別急著數數。數學家告訴我們，要回答這個問題，我們首先必須達成一致：什么才算一個“洞”？

數學家的“洞”是什么？

我們日常所說的“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的數學講師凱蒂·斯特克爾斯指出，這并非數學家所定義的“洞”。

“數學家使用‘洞’這個術語，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，數學家，特別是拓撲學家，只關心貫穿的通道。一個經典的例子就是吸管。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。

用拓撲學重新審視人體

現在，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，它們構成了貫穿的通道。

那么，符合標準的貫穿通道有哪些呢？

消化道：從口腔到肛門，是一個連續的管道。

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

淚道系統：四個淚小點最終都匯入鼻腔。

但問題來了：當多個開口在內部連接在一起時，它們共同構成了一個更復雜的拓撲結構。斯特克爾斯用一個生動的例子解釋：一條內褲有三個開口（腰部和兩條褲腿），但拓撲學家會認為它只有兩個洞。因為當你把腰部開口撐開成一個圈后，會發現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，數學家認為，對于大多數人來說，人體一共有7個洞：

1個由口腔、鼻孔和淚道系統共同形成的復雜連通洞。

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

結論

所以，最終的答案取決于你問誰。從嚴格的拓撲學角度看：

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學中迷人的拓撲學領域。它告訴我們，人體的設計更像是一件精心編織的連體衣，各個開口在內部巧妙相連，而非一塊簡單的瑞士奶酪。下次當你思考這個問題時，或許會對自己身體的結構有更深的理解。

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