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流形的释义

归档日期:07-27       文本归类:非流形造型      文章编辑:爱尚语录

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  如果把几何形体的拓扑结构看作是完全柔软的,因为所有变形(同胚)会保持拓扑结构不变,而把解析簇看作是硬的,因为整体的结构都是固定的(譬如一个1维多项式,如果你知道(0,1)区间的取值,则整个实数范围的值都是固定的,局部的扰动会导致全局的变化),那么我们可以把光滑流形看作是介于两者之间的形体,其无穷小的结构是硬的,而整体结构是软的。这也许是中文译名流形的原因(整体的形态可以流动),该译名由著名数学家和数学教育学家江泽涵引入。这样,流形的硬度使它能够容纳微分结构,而它的软度使得它可以作为很多需要独立的局部扰动的数学和物理上的模型。

  流形可以视为近看起来像欧氏空间或其他相对简单的空间的物体。例如:人们曾经以为地球是平坦的,因为我们相对于地球很小,这是一个可以理解的假象。所以,一个理想的数学上的球在足够小的区域也象一个平面,这使它成为一个流形。但是球和平面有很不相同的整体结构:如果你在球面上沿一个固定方向走,你最终回到起点,而在一个平面上,你可以一直走下去。

  一个曲面是三维的。但是,流形可以有任意维度。其他的例子有,一根线的圈(一维的)以及三维空间中的所有旋转(三维的)。旋转所组成的空间的例子表明流形可以是一个抽象空间。流形的技术使得我们能够独立的考虑这些对象,从某种意义上来讲,我们可以有一个不依赖于任何其他空间的球。

  局部的简单性是一个很强的要求。例如,我们不能在球上吊一个线并把这个整体叫做一个流形;包含把线粘在球上的那一点的区域都不是简单的—既不是线也不是面—无论这个区域有多小。

  我们用收集在地图集中的平的地图在地球上航行。类似的,我们可以用在数学图集中的数学地图(称为坐标图)来描述一个流形。通常不可能用一张图来描述整个流形,这是因为流形和建造它的模型所用的简单空间在全局结构上的差异。当使用多张图来覆盖流形的时候,我们必须注意它们重叠的区域,因为这些重叠包含了整体结构的信息。

  有很多不同种类的流形。最简单的是拓扑流形,它们局部看来像欧氏空间。其他的变种包含了它们在使用中所需要的额外的结构。例如,一个微分流形不仅支持拓扑,而且要支持微积分。黎曼流形的思想导致了广义相对论的数学基础,使得人们能够用曲率来描述时空。

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