a4109
| 9 |
|---|
حول مكونات المجموعة.
يتكوّن المجموعة O(2) من مكونين:
- مكوّنه المحايد (مجموعة فرعية SO(2) التي تحتوي على العنصر المحايد 1).
- باقي العناصر.
إذا أنشأنا مجموعة إقليدية ثنائية الأبعاد من O(2):
(112)
فإن هذه المجموعة تمتلك مكونين. ويتكون المكوّن المحايد منها من عناصر SO(2).
(113)
...
نُسمّيها المجموعة الإقليدية الخاصة: لا يمكن باستخدام هذه المجموعة عكس اتجاه حرف، مثل الحرف R. تُسمّى المجموعة الإقليدية ذات المكونين المجموعة الكاملة.
... بالنسبة للمجموعة الخاصة، وهي مجموعة فرعية من المجموعة الإقليدية الكاملة:
(114)
تنتميان إلى نوعين مختلفين، لأننا لا نستطيع إيجاد عنصر gEO من هذه المجموعة GSE (أو SE(2)) يمكنه تحويل الحرف الأول إلى الثاني، والعكس بالعكس.
... أما بالنسبة للمجموعة الكاملة، فإن هذين الحرفين ينتميان لنوع واحد، لأن هناك عنصرًا gE من المجموعة GE (انعكاس، ينتمي إلى المكوّن الثاني) يمكنه تحويل أحد الحرفين إلى الآخر.
وبالمثل، تمتلك المجموعة الإقليدية الثلاثية الأبعاد (المجموعة الإقليدية الكاملة):
(115)
مكونين. الأول، المكوّن المحايد، هو مجموعة فرعية مكوّنة من عناصر SO(3):
(116)
... نُسمّي هذا المكوّن المحايد المجموعة الإقليدية الخاصة SE(2). بالنسبة لهذه المجموعة، فإن اليد اليمنى واليد اليسرى تنتميان إلى نوعين مختلفين، لأن لا يوجد عنصر gSE من GSE يمكنه تحويل اليد اليسرى إلى يد يمينية والعكس بالعكس.
أما بالنسبة للمجموعة الكاملة، فإن كليهما ينتميان لنوع واحد.
ملاحظة موجزة:
عندما ينظر رجل إلى صورته في المرآة، يلاحظ أن يده اليسرى ويداه اليمنى قد تبادلا مكانهما. لكن لماذا لا تتبدل رأسه وقدميه أيضًا؟
الإجابة تُقدّمها الرياضياتي الفرنسي ج.م. سوريو:
(116b)
ملاحظة أخرى، أكثر تقنية. من الممكن بناء المجموعة الإقليدية الكاملة من المجموعة الإقليدية الموجهة باستخدام كمية قياسية l = ± 1
(116c)
العناصر التي تكون فيها l = -1 تنتمي إلى المكوّن الثاني و"تُعكس الفضاء"، وتحول الأجسام إلى صورها المتماثلة.
التوسع إلى المجموعة PT ذات الأبعاد الأربعة.
نبدأ من المجموعة المتعامدة الخاصة:
(118)
ثم نبني المجموعة PT باستخدام مصفوفات (4,4):
(119)
وهي مجموعة مكوّنة من أربعة مكونات (l = ± 1؛ m = ± 1).
تؤثر هذه المجموعة على الفضاء-الزمن عبر التأثير التالي:
(120)
لاحظ أننا يمكننا كتابتها على الشكل:
(121)
لكن هذا لا يغيّر شيئًا، لأن التأثير الأساسي لا يتغير.
من بين هذه المكونات الأربعة، لدينا المكوّن المحايد، وهو المجموعة الموجهة في الفضاء والزمن.
(122)
لدينا:
(123)
لاحظ أن:
(124)
gSOTO هي أيضًا مصفوفة متعامدة. تُعرّف المصفوفات المتعامدة بخاصية أبستية معينة.
... لاحظ أننا سنستخدم بشكل واسع الخصائص الأصلية للمصفوفات الخاصة، أكثر من استخدام المصفوفات نفسها. في حالة المجموعة SO(2)، كتبنا المصفوفات صراحةً. لكننا لن نفعل ذلك بالنسبة لـ SO(3) وO(3)، لأن هذا لن يكون ضروريًا ولا مفيدًا، بل سيُعقّد الحسابات بشكل غير ضروري. من الأفضل بكثير والأنبل استخدام الخصائص الأصلية للمصفوفات في المجموعة.
بالتقديم، ننظر إلى المصفوفات المعرفة بـ:
(125)
حيث:
(126)
على شكل مصفوفة قطرية:
(127)
بالإضافة إلى ذلك:
(128)
أثبت أن هذه المصفوفات تشكّل مجموعة.
نأخذ:
(129)
ونُكوّن:
(130)
فإن حاصل ضرب هذه المصفوفات لورنتز المعمّمة يُحقّق البديهية.
أثبت أن المصفوفة العكسية تنتمي إلى المجموعة:
(131)
احسب المصفوفة العكسية.
(132) (132b)
وهي حالة خاصة:
(132c)
... شكل هذه المصفوفة يتوافق مع مقياس الفضاء-الزمن (كما سنراه لاحقًا، مع مصفوفات لورنتز، عند مناقشة العالم النسبي).
(133)
حيث هو متجه فضاء-زمن.
الارتباط يتوافق مع الشكل التربيعي الأساسي:
(134)
مع:
(134b)
وهذا يعطي:
(135) ds² = dx°² + dx² + dy² + dz²
حيث x° = ct هو متغير "زمني".
هذا يتوافق مع فضاء-زمن إقليدي، حيث تكون السرعة:
(136)
غير محدودة.
فهرس نظرية المجموعات الديناميكية

النسخة الأصلية (الإنجليزية)
a4109
| 9 |
|---|
About components of the group.
O(2) is a group composed by two components :
- Its neutral component ( a sub-group SO(2) which contains the neutral element 1 ).
- The rest of the elements.
If we form a 2d Euclid'd group from O(2) :
(112)
this group owns two components. Its neutral component is built with the SO(2) element.
(113)
...We call it Special Euclid's group : we cannot, with this group, reverse the orientation of a "letter", like R. The Euclid's group with its two components is called the *complete group *.
...With respect to the special group, sub-group of the complete Euclid's group :
(114)
belong to two distinct species, because we cannot find any element gEO of this group GSE ( or SE(2) ) which can change the first letter into the second, and vice-versa.
...With respect to the complete group, these two letters belong to the same species, for there is an element gE of the group GE ( symmetry, which belong to the second component ) which can change one of these two letters into the other.
Similarly the 3d Euclid's group ( the "complete" Euclid's group ) :
(115)
has two components. The first, the neutral one, is a sub-group formed with the element of SO(3) :
(116)
...We call this neutral component the Special Euclid's group SE(2). With respect to this group a right hand and a left hand belong to distinct species, for there is no element gSE of GSE which can transform a left hand into a right hand, and vice-versa.
With respect to the complete group they belong to the same species.
A short remark :
When a man looks at his image in a mirror, he sees that his left hand and raight hand are exchanged. But why his head and feet are not exchanged too ?
The answer is given by the french mathematician J.M. Souriau :
(116b)
Another remark, more technical. From the oriented Euclid's group it is possible to build the complete Euclid's group, using a scalar l = ± 1
(116c)
l = - 1 terms of the group belong to the second component and "reverse space", transform objects into their enantiomorphic image.
Extension to 4d PT-group.
Let us start from the special orthogonal group :
(118)
and then build the PT-group through (4,4) matrixes :
(119)
It is a four-components group ( l = ± 1 ; m = ± 1 ).
This group acts on space time through the following action :
(120)
Notice we could write it :
(121)
But it does not change anything, for the basic action is not changed.
Amont these four components we have the neutral component, the ( Space oriented , time-oriented group ).
(122)
We have :
(123)
Notice that :
(124)
gSOTO is also an orthogonal matrix. Orthogonal matrixes are defined through this axiomatric property.
...Notice that we are largely going to use the axiomatic properties of peculiar matrixes, much more than the matrixes themselve. With teh SO(2) group we have written the matrixes explicitely. But for SO(3) and O(3) we won't, for it will not be not necessary and would make the calculations unecessarly complicated. It is much more efficient and elegant to use the axiomatic properties of the matrixes of the group.
Anticipating, consider the matrixes defined by :
(125)
where :
(126)
As a diagonal matrix :
(127)
In addition :
(128)
Show that these matrixes form a group.
Consider :
(129)
and form :
(130)
Then the product of such generalized Lorentz matrixes obeys the axiom.
Show that the inverse matrix belongs to the group :
(131)
Compute the inverse matrix.
(132) (132b)
corresponds to peculiar case :
(132c)
... The form of this matrix corresponds to the metric of space-time (as will be considered again, with Lorentz-matrixes, further, dealing with relativistic world).
(133)
being space-time vector
The link corresponds to the elementary quadratic form :
(134)
with :
(134b)
this gives :
(135) ds2 = dx°2 + dx2 + dy2 + dy2
x° = ct being a "chronological variable".
This corresponds to a euclidean space-time, where the velocity :
(136)
is unlimited.
