Мы видели, что группа является довольно абстрактным математическим объектом. Операцией группы может быть что угодно: обычное умножение или сложение, поворот, инверсия… да что угодно. Элементами группы также могут быть абстрактные объекты вроде поворота на 240°. Но мы также видели, что иногда можно найти изоморфную группу в которой абстрактные операции исходной группы заменяются на более привычные… Читать дальше »
Приведем еще раз таблицу умножения группы С3 – группы поворотов на 120 и 240°, оставляющей инвариантным равносторонний треугольник. Однако можно придумать и другие операции не изменяющие такой треугольник. Отражение относительно каждой из трех осей σ1, σ2 и σ3 также не меняет треугольник. Запишем таблицу умножения для всех шести преобразований. Мы видим, что при умножении получаем… Читать дальше »
Группы описывают симметрию объекта. Но как мы видели, определение группы довольно абстрактно и не привязано к геометрии. Под определение группы попадает, например, вот такая вещь. Возьмем просто два числа: единицу и минус единицу. Таблица умножения для них имеет следующий вид. Можно убедиться, что эти два числа образуют группу. Операцией группы является простое умножение. Единичным элементом… Читать дальше »
Сложно переоценить значение теории групп для современных естественных наук. Приведем лишь один пример из физики. Оказывается каждому типу фундаментального взаимодействия соответствует своя группа. Электромагнитным взаимодействиям соответствует группа с названием U(1). Слабым взаимодействиям, ответственным за ядерные распады, группа SU(2). Сильным взаимодействиям, удерживающим кварки в протонах и нейтронах соответствует SU(3). Удивительно, но свойства фундаментальных частиц и их… Читать дальше »
Роль математики в физике сложно переоценить. Известна цитата Галилео Галилея «Математика — это язык, на котором написана книга Природы». Но только ли языком является современная математика? Работа математиков заключается в нахождении новых математических объектов и исследовании их свойств и взаимосвязей. Со времен Галилея появилось множество новых разделов математики со своим языком для описания математических объектов.… Читать дальше »
Клеточные автоматы представляют собой дискретные модели с некоторым набором правил для (дискретной) временной эволюции. Проще понять на конкретных примерах. Самые простые — это одномерные клеточные автоматы Стивена Вольфрама. Пространство разбивается на клетки. В случае одномерного автомата разбивается линия. В клетке может находится либо единица, либо ноль. 0 0 0 0 1 0 0 0 0… Читать дальше »
Операции масштабирования и поворота (или более общие преобразования) можно использовать для генерации фрактальных структур довольно простым способом перемещая всего одну точку. Алгоритм достаточно прост: Генерируем случайные координаты x и y первой точки. Выбираем случайно какую из формул для нахождения координат следующей точки применить. Находим эти координаты. Применяем п.2 много раз. Например, для фрактала «Кривая дракона»… Читать дальше »
Метрика ответственна за геометрию пространства. Геометрия это в первую очередь длины. По сути задание метрики сводится к заданию формулы вычисления длин. Сгенерируем несколько случайных точек на плоскости: Расстояние от начала координат до точки можно найти из ее декартовых координат по теореме Пифагора: Данная формула и задает метрику Евклида. Она позволяет вычислять расстояния между точками.… Читать дальше »
Не только операции дифференцирования и интегрирования можно представить в виде матриц. Более простые преобразования также представляются квадратными матрицами. Проще всего понять на графическом примере выполнения преобразований над точками на плоскости. Пусть на плоскости задана точка с декартовыми координатами, которые мы будем записывать в столбец: Умножая квадратную матрицу на этот вектор-столбец получим другой вектор-столбец с другими координатами: Элементы… Читать дальше »
Метрика (от слова мерить), называемая также метрическим тензором, позволяет находить длины и таким образом несет ответственность за всю геометрию пространства. Длину вектора можно найти через его декартовы координаты по теореме Пифагора: Обычно говорят о квадрате длины, являющейся также скалярным произведением вектора с самим собой: Поскольку размерность пространства может быть больше двух, координаты удобно различать не… Читать дальше »