小记:李群和李代数

最近看到这了,李群,有称之为线性群,不仅满足群的性质,还具有线性,往往表示为矩阵形式,这样线性就是显然的。

不过呢,线性毕竟要涉及变换,考虑线性函数的定义,在定义域中的线性运算被函数所保持,所以对于群中元素而言,这种线性就不好表示了,因为没有变换。为了引入这样的变换,所以定义了单参数群,就像参数曲线一样,通过参数来间接表示群元素,一个参数经过变换表示一个群元素,那么参数之间的线性运算就可以借此表示出群元素之间的线性运算。

例如,考虑旋转群SO3,对固定转轴的两个依次作用的转动,与他们的复合所给出的单个转动作用效果相同,这其实就是线性的表现。一个转动总可以参数化表示为一个转轴位置和一个转角,上面涉及的过程就是转角参数的相加,等价于转动的复合。

线性之外,还有另一个性质,连续性,这就涉及分析的内容了,参数的微小变化导致群元素的微小变化,由于群元素是矩阵,不可避免就需要借助矩阵理论中的距离定义了,也就是泛函分析的一些内容了,像范数,距离,度量之类的,最终还是为了拓扑的建立,从而定义开集,邻域等拓扑概念,来精确描述微小变化的含义。这些内容和微分流形的联系就很紧密了。

其实,李群一直都是微分流形中的重要内容,单参数可微微分同胚群,这个长名词我一直都记着,但其含义到了现在才明白,只能说,之前代数水平太差,没有抓住本质。

李群差不多就这样了,一般李群都是些运动群,也就是空间的微分同胚群,也就是说,考虑群作用,将李群中的元素作用于某一空间,得到的是与原空间微分同胚的新空间。

接下来是李代数,李代数,还是搞不太明白,定义说是李群在恒等元处的切空间,这个涉及平移不变性对点位置不确定性的消除,说白了就是一个商结构,相差一个平移作用下认为两对象相等。消除了这样的多余特征后,就能对本质问题加以研究。但是,这样的定义并不能给出李代数中元素的性质。不过好像是和联络有关的,就是张量分析中的协变导数,克氏符号那些东西。李代数既然为代数,就必然有运算,毕竟代数是同时具有加法和乘法的结构,而且加法是交换的,乘法根据交换与否分为交换代数和非交换代数。李代数的乘法是李括号,是反对称的,自然非交换,说起来关于二元运算括号,也是很有意思的,一般在基础的课程中根本遇不到,常见的也就李括号,泊松括号,量子泊松括号,他们都是和几何息息相关的。括号总是具有雅可比性质,三个元素的各种括号组合之和为零。

感觉,这些东西确实是非常神奇,虽然看起来很复杂,但是在各种涉及空间的问题中总能遇到,不仅是现实空间,还有各种参数张成的状态空间,可能这才是现代几何中的特征量。

这些东西可以说是非常深奥了,之前所看的数学体系中这些内容也是很靠后的,虽然暂时没有实用化,了解一些也没有坏处。还有一个原因,是阿提亚在其现代数学展望中对这些东西给出了很高的评价,一个是李群,一个是同调代数,他们都体现了联系性,这也是一个想法吧,想要将支离破碎的现代科学构建出一个整体的图景。

就像费曼所表达的,宇宙是一杯葡萄酒,人们从各个角度对他分析,构建出来许许多多的领域与学科,但他们本质上还是一个整体,忘掉差别,将他一饮而尽,最为快意。

可惜,感觉还远远不足,不过,即使是拼图的一块小区域,也足够精彩了。

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