欧几里得集团和O2组件

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

  • 正交群O(2)由两个部分组成:单位元部分SO(2)以及其余元素。
  • 完整的欧几里得群有两个组成部分,可用于将物体与其镜像相互转换。
  • PT群是一个四部分组成的群,用于描述相对论物理中的时空。

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关于群的组成部分。

O(2) 是一个由两个部分组成的群:

  • 其中性部分(包含单位元 1 的子群 SO(2))。
  • 其余元素。

若从 O(2) 构造一个二维欧几里得群:
(112)

该群具有两个组成部分。其单位部分由 SO(2) 的元素构成。
(113)

...

我们称其为特殊欧几里得群:使用这个群无法反转“字母”(如 R)的方向。具有两个组成部分的欧几里得群称为完整群
... 相对于特殊群(完整欧几里得群的子群):
(114)

属于两种不同的种类,因为无法找到该群 GSE(或 SE(2))中的任何元素 gEO,能将第一个字母变为第二个字母,反之亦然。
... 相对于完整群,这两个字母属于同一类,因为存在群 GE 中的一个元素 gE(对称操作,属于第二部分),可以将其中一个字母变为另一个。

类似地,三维欧几里得群(即“完整”欧几里得群):
(115)

也具有两个组成部分。第一部分,即中性部分,是由 SO(3) 的元素构成的子群:
(116)

... 我们称这一中性部分为特殊欧几里得群 SE(2)。相对于这个群,右手和左手属于不同种类,因为 GSE 中没有任何元素 gSE 能将左手变为右手,反之亦然。

但相对于完整群,它们属于同一类。

简短说明:
当一个人照镜子时,会发现自己的左手和右手互换了位置。但为什么头和脚没有互换呢?

这个问题的答案由法国数学家 J.M. Souriau 提供:
(116b)

另一个更技术性的说明:从定向欧几里得群出发,可以通过引入一个标量 l = ±1 构造出完整欧几里得群。
(116c)

其中 l = -1 的元素属于第二部分,起到“反转空间”的作用,将物体变为其对映体。

推广到四维 PT 群。

从特殊正交群出发:
(118)

然后通过 (4,4) 矩阵构造 PT 群:
(119)

这是一个具有四个组成部分的群(l = ±1;m = ±1)。

该群通过如下作用作用于时空:
(120)

注意到我们也可以将其写成:
(121)

但这并不改变本质,因为基本作用未变。
在四个组成部分中,我们有中性部分,即“空间与时间均定向的群”。
(122)

我们有:
(123)

注意到:
(124)

gSOTO 也是一个正交矩阵。正交矩阵正是通过这一公理性质定义的。
... 注意我们将广泛使用特殊矩阵的公理性质,远多于直接使用矩阵本身。对于 SO(2) 群,我们曾明确写出矩阵形式。但对于 SO(3) 和 O(3),我们不会这样做,因为这既无必要,又会使计算变得不必要地复杂。更高效且优雅的做法是利用群中矩阵的公理性质。

预先考虑如下定义的矩阵:
(125)

其中:
(126)

以对角矩阵形式表示:
(127)

此外:
(128)

证明这些矩阵构成一个群。
考虑:
(129)

并构造:
(130)

则这些“广义洛伦兹矩阵”的乘积满足群的公理。
证明逆矩阵也属于该群:
(131)

计算逆矩阵。
(132) (132b)

对应于特殊情况:
(132c)

... 该矩阵的形式与时空度量一致(我们将在后文通过洛伦兹矩阵再次看到这一点,进入相对论世界)。
(133)

其中为时空向量。
联系对应于基本二次型:
(134)

其中:
(134b)

由此得到:

(135) ds² = dx°² + dx² + dy² + dz²

x° = ct 为“时间变量”。
这对应于一个欧几里得时空,其中速度:
(136)

是无限制的。

索引 动态群论

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