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关于群的组成部分。

O(2) 是一个由两个组成部分组成的群:

  • 其中性部分
    (一个包含单位元 1 的子群 SO(2))。

  • 其余元素。

如果从 O(2) 构造一个二维欧几里得群:

(112)

这个群有两个组成部分。其中性部分由 SO(2) 的元素构成。

(113)

dyngrph

我们称其为

特殊

欧几里得群:用这个群无法翻转一个“字母”的方向,比如 R。

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(欧几里得完整群的子群):

(114)

属于两种不同的种类,因为无法找到该群 GSE(或 SE(2))中的元素 gEO,能够将第一个字母转换为第二个字母,反之亦然。

相对于完整群,这两个字母属于同一种类,因为存在该群 G E 中的一个元素 gE(对称性,属于第二部分),能够将这两个字母中的一个转换为另一个。

同样,三维欧几里得群(“完整”欧几里得群):

(115)

有两个组成部分。第一部分,即

中性部分

,是由 SO(3) 的元素组成的子群:

(116)

我们称这个中性部分为特殊欧几里得群 SE(3)。相对于这个群,右手和左手属于不同的种类,因为该群 GSE 中没有元素 gSE 能够将左手转换为右手,反之亦然。

相对于完整群,它们属于同一种类。

简短说明:

当一个人在镜子中看到自己的影像时,他会发现自己的左手和右手被交换了。但为什么他的头和脚没有被交换呢?

这个问题的答案由法国数学家 J.M. Souriau 给出:

(116b)

另一个更技术性的说明。从定向欧几里得群出发,可以利用标量 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,并“反转空间”,将物体转换为其对映体。

扩展到四维 PT 群。

从特殊正交群出发:

(118)

然后通过 (4,4) 矩阵构造 PT 群:

(119)

这是一个由四个部分组成的群(l = ±1;m = ±1)。

该群通过以下作用作用于时空:

(120)

请注意,我们也可以写成:

(121)

但这不会有任何改变,因为基本作用没有变化。

在这四个部分中,我们有中性部分,即(空间定向,时间定向的群)。

(122)

我们有:

(123)

请注意:

(124)

gSOTO 也是一个正交矩阵。正交矩阵是通过这一公理性质定义的。

请注意,我们将广泛使用特殊矩阵的公理性质,而不是矩阵本身。对于 SO(2) 群,我们明确地写出了矩阵。但对于 SO(3) 和 O(3),我们不会这样做,因为没有必要,而且会使计算变得复杂。使用群矩阵的公理性质更有效且优雅。

提前考虑以下矩阵:

(125)

其中:

(126)

以对角矩阵形式:

(127)

此外:

(128)

证明这些矩阵构成一个群。

考虑:

(129)

并构造:

(130)

那么这种广义洛伦兹矩阵的乘积满足公理。

证明逆矩阵属于该群:

(131)

计算逆矩阵。

(132)

(132b)

对应于特殊情况:

(132c)

该矩阵的形式对应于时空度量(如我们将在后面再次看到的洛伦兹矩阵,涉及相对论世界)。

(133)

是一个时空向量

该关系对应于基本二次型:

(134)

其中:

(134b)

这给出:

(135)

ds² = dx⁰² + dx² + dy² + dz²
x⁰ = ct 是一个“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。

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