15.7 楔积
科幻小说《三体》提到高级文明的超级武器叫“降维攻击”,将立体特征压为平面。这其实是错误的说法。
一、线元特征和体元特征
n维线性空间是指n个线性无关的特征基组合,特征基的个数即维度。请注意,线性空间的特征元是向量,向量表征一阶属性。而一阶特征元向量无论多少个相加,还是一阶特征属性的。一个向量代表线性,n个向量相加还是线性的。无论多少个向量组合相加,充其量只能刻画一条‘线’,永远不会成为‘平面’,或者‘立体’。换句话说,n维线性空间只能刻画‘线元’,无法表达高阶‘体元’特征。
抽象数学中,如果x、y、z分别代表一阶向量,则“二阶面元xy”具有2重复合特征属性,“三阶体元xyz”具有3重复合特征属性。
一般而言,表达特征元加法的维数,和表达特征元复合乘法的阶数,并无瓜葛。3阶4维是正常的张量,9阶6维张量也是允许的。
二、2阶楔积
有种特殊的高阶张量,楔积。其维数和阶数是有关系的。
楔积的特殊性来源于,其两个特征元乘积具有反对称性,即:
因为此,如果楔积中有两个特征元相等,则等于零。所以楔积的阶数不可能大于维数。也就是说,楔积中阶数和维数是有关系的。
楔积在经典物理和场论中应用广泛。
比如,Poisson括号:
又比如力矩,即力和径向的外积,具有反对称性
它们都是二阶楔积,反映二重复合特征属性。
三、K阶楔积
K个特征元的复合乘积,如果乘积具有反对称性,得到K阶楔积,称为K形式(英文K form)。具有K重复合特征属性。
四、n阶体元
L个特征元的复合乘积,如果乘积具有反对称性,得到L阶楔积,称为L形式(英文L form)。具有L重复合特征属性。
同样的,n个特征元的复合乘积,如果乘积具有反对称性,得到n阶楔积,称为n形式(英文n form)。
n个特征元的楔积,即“n阶体元”。具有n重复合特征属性。
五、体元的模
类似向量有特征方向、有模的大小。体元具有特征属性、也有模的大小。
楔形运算符的结果在这里的意义是两个一阶导数张成的面积向量(即,特征属性是面法线向量方向,而模是面积大小):
二阶行列式,平行四边形的面积表示二阶楔积的模(标量)的值。(注:本例中向量积是叉乘,是楔积在三维空间的一个特例。)
六、楔积对偶空间
根据楔积反对称性定义:
得到:
可以发现,楔积L形式和其对偶空间(n-L)形式具有相同维度:
比如,当n=3、L=2时,贴切的例子是叉乘。3维空间叉乘等于对偶契积,即1 form形式。所以,二阶特征元叉乘变成了一阶特征向量。
七、完备性
n阶流形
切空间是特征属性除法(特征属性倒数的复合乘积)。
微分形式就是全反称全下指标张量,是流形上微积分的作用对象。
逆变张量特征属性复合乘积,协变张量特征属性倒数的复合乘积
对偶矢量基底的楔积构成微分形式的基底。由于全反称性,这个基底张成的线性空间维度是一个组合数。
流形的定向,由处处连续非零的L形式场(体元场)确定。
L形式和(n-L)形式互为对偶空间,二者形成n维完备空间。
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自陈正茂科学网博客。
链接地址:https://wap.sciencenet.cn/blog-1666470-1239337.html?mobile=1
收藏