根据几何对象的不变性进行分类

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 物体的分类基于它们的共同特性以及在某些变换下的不变性。
  • 欧几里得群及其子群被用于识别属于同一物种的物体。
  • 群论被应用于物理学,以对基本粒子进行分类。

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我们试图进行分类。分类是基于对物种的定义。

属于同一物种的两个物体具有共同的性质。

1)取一个球体,一个特定的球体。
2)观察保持这个球体不变的大组(欧几里得群)的子群。Souriau称这个子群为球体的“规则”。
3)寻找通过该子群作用保持不变的所有物体。你会发现所有以给定点为中心的球体,包括半径为零的球体:即点。

因此,点属于“以原点为中心的球体”这一物种。

反过来:

1)取三维空间中的一个点。
2)观察保持该点不变的欧几里得群的子群。你会发现正交群O(3)。
3)然后寻找在围绕该点旋转时,通过该子群元素作用保持不变的所有物体。你会发现所有以该点为中心的球体,并得出结论:该点和所有这些球体属于同一物种。

像直线、平面、圆柱体等物体可以“构建”为与某个特定子群相关的物种。

...在物理学中,我们想要对基本粒子进行分类。但你不能把一个粒子夹在拇指和食指之间,用放大镜观察它。你只能观察它的行为,它的运动

告诉我你是如何移动的,我就能告诉你你是谁。

...我有一个老朋友让-路易·菲洛切,他是个出色的国际象棋选手。他可以盲棋(法语中称为“盲棋”,即不看棋盘下棋)。你只需告诉他棋子的移动:

b1-c3

对于非棋手:
(90)马的走法

...让-路易能够将这些信息全部记在脑海中。我不知道他是怎么做到的,但确实有效。这证明下棋并不需要棋子(电脑也不需要)。

...想象你在一个房间里,听到两个邻居在玩“某种游戏”。你看不到他们,但你能听到他们宣布自己的走法。

b2-b3 b7-b5 依此类推...

...你心想:他们在移动某些东西。这是什么游戏?你拿一张棋盘,放上小石头,然后在纸上记录他们的每一步。设C为列索引,L为行索引。一步棋对应:

(DC,DL)

如果 |DC| ≤ 1 且 |DL| ≤ 1:这对应国王的走法。

如果 |DC| = |DL|:这对应主教的走法(沿对角线)。

如果 |DC| × |DL| = 0:这对应车的走法。

如果 |DC × DL| = 3:这对应马的走法。

如果 DL 严格为正:这对应白方的兵。如果 DL 严格为负:这对应黑方的兵。

依此类推。我们根据物体的行为来对“物体”进行分类。

另一个例子。你有一个装有混杂螺栓的盒子。你想对这些螺栓进行分类。你需要什么?不同的螺母。
(91)

1)取一个螺栓。
2)找到与之匹配的螺母。
3)选出所有能与该螺母匹配的螺栓。你得到一个螺栓的物种。

正交群 O(3)。

...我们可以将上述在二维情况下的内容扩展到三维情况。我们知道如何在三维空间中围绕一个固定点(坐标原点)进行旋转。它依赖于三个角度a、b、g,称为欧拉角。我们不会写出这样的矩阵,只简单地表示为:
(92)

det(a)= +1

这是一个正交矩阵:
(92b)

...正交群O(3)由所有正交矩阵组成,包括那些行列式等于-1的矩阵。我们称这些矩阵为(93)

如前一节所述,我们可以通过以下方式从SO(3)得到所有正交矩阵:
(94)

L 是对角矩阵:
(95)

(96)

这一切都是冗余的。但它立即显示出基本的对称性。
(97)

(98)

(98b)

(99)

存在“镜像矩阵”,它们反转物体的方向,将这些物体转换为它们在镜子中的影像:
(100)

举一个被这种镜像对称反转方向的有向物体的例子:
(101)

...这是由希尔伯特的学生维尔纳·博伊发明的曲面。在网站的数学部分将特别关注这个有趣的物体。我们移除了曲面的一部分,以显示三重点T。

...你可以称这些物体为“右”或“左”。没有人曾经指出博伊曲面的“右”旋转动作是什么。无论如何:为什么让博伊曲面旋转?有些人声称它能飞,但我持怀疑态度。

接下来:
(102)

(103)

(104)

...如同二维几何(关于原点的对称性),关于x轴的对称性等同于旋转π。最后:
(105)

它改变了物体的方向。

动态群理论索引