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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)

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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