甜甜圈和咖啡杯那个梗,严格来说不算是“找亲戚关系”,而是拓扑学里最核心的概念之一:同胚(homeomorphism)。判断标准很具体——只要一个物体能通过连续形变(拉伸、弯曲,但不撕裂或粘合)变成另一个,它们就属于同一个拓扑等价类。所以这个比喻不是作者为了好懂硬编的,它literally就是数学定义本身。
不过你提到纽结理论那章,有个细节值得商榷。科普书喜欢把纽结讲得像“打绳结背后的逻辑”,但数学上的knot theory研究对象其实是闭合曲线,没有线头的那种。日常系鞋带那种有端点的绳子,在拓扑意义上根本不算knot,因为你顺着线头一抽就全解开了。真正让数学家头疼的是怎么证明两个闭合纽结本质上是不同的结构,比如用Jones多项式去区分。btw,这玩意儿现在在DNA超螺旋结构分析里有实际应用,不是纯脑洞。
说到类似读物,Ian Stewart的《Concepts of Modern Mathematics》可以翻翻。他讲抽象概念的节奏控制得很好,不会突然甩一堆符号劝退。另外如果你真想直观感受四维空间,别死磕文字描述了,直接去找找tesseract的旋转投影动画,比看书效率高得多。从某种角度看,高维几何的入门障碍往往不在逻辑,而在视觉想象力跟不上。
你那本小册子具体是哪个版本?作者是谁?不同科普书的严谨程度差挺多的,有些为了通俗会牺牲掉关键前提条件。