物理 线性代数导论基础初步序

已经过了两个月,以为已经淹没在时间的长河中了。没想到,居然还能被召唤出来。那就简单讲一下近况吧。今天呢是学习了线性代数的课程,完全颠覆了我对目前物理学的认知,像是否定了我以前学的一切,确实还是挺难受的。今后也许偶尔会因为被召唤而冒个泡,毕竟在质心有课程的,但最多也是点接触,绝对不可能线接触甚至面接触。原因之一,我去年在这里浪费了大量的时间,导致复赛成绩惨淡,略微长了点记性;之二,这里也是逐渐地在以某个趋势发展,一轮以上内容逐渐不受欢迎,当然也就没有存在的意义。常言道Trouble shared is trouble halved,那么就简单分享一下我今天学到的内容,让你们也感受感受我的痛苦吧。(以下内容可能部分有误,毕竟我也没完全理解,敬请谅解)
我们先总结一下现在学到的物理学,基本是以高等数学为基础,定义了函数的连续,再以其为基础定义导数与微分,然后将整个物理学建立在微积分基础之上,而具体问题就是解数学物理方程。像是牛顿运动定律:力等于质量乘以坐标对时间的二阶导数,由此推广到广义力与广义坐标,以及衍生出来的能量动量角动量等等。那么在这个体系中是没有线性代数位置的呀,即使用到最多也就是一个数学辅助工具而已了。然而现代的物理学并不是这样子的,事实完全相反:现代物理学完全以线性代数为基础,高等数学才是一个数学辅助工具,甚至是可以完全扔掉的。这样一来,我们只需要注意概念,完全不需要解任何数理方程,不需要计算。
首先来考虑连续,如何不依赖高数来定义连续呢?这就需要拓扑学中一些非常抽象的概念和定义了。首先要定义开集,具体是这样定义的:
假设X是一个集合, 如果存在一系列X的子集合满足下面的条件,那么每个这样的子集就称为X的一个开集,X称为拓扑空间。(1)空集和X为开集;(2)有限多个开集之交为开集;(3)任意多个开集之并为开集。
然后我们就能定义连续映射了:设 X,Y 为拓扑空间,如果映射 $f:X\rightarrow Y$ 满足:对于 Y 中的任意开集 V ,它的原像 $f^{-1}(V)$ 是 X 中的开集,就把 f 称为(从 X 到 Y 的)连续映射。
听起来非常抽象对吧?这和连续有啥关系啊!不管了,反正我也不懂。总之就是这样就能定义连续。然后求导的一个操作也是能够去掉的。具体做法就是什么什么流形啥的,在一个切丛中研究问题的话速度就是偏导数了。而微分就是在余切丛中的什么东西。这些东西在广义相对论中应该都有提到。这些的话,了解就行,只需要知道高等数学是完全可以扔掉的就行了。
然后就是线性空间。现在看到的线性代数教材,居然都是在实空间$\R^n$中操作,这也太局限了!我们至少也要在复空间$\Complex^n$中操作吧!然而还不够,这只是n维。我们要进入到函数空间$L^2$。顾名思义,函数空间就是所有函数构成的空间,这里函数变成了基本元素,这样就有无穷多维了,而且还可以是不可数无穷。但要注意,这些函数的自变量全都只能是实数。如果自变量是复数,还要涉及到复变函数的内容,这不是我们希望的。而函数值就都是复数了。到了这一步,已经可以进行研究了,但是有些操作看起来会很奇怪,你不明白他为什么会这么做。其实,很有可能是站在了更高的维度在降维打击:希尔伯特空间$|H|$. 这个空间首先是线性空间,其次满足两条性质:$(u,v)\in\Complex$, $(u,v)=(v,u)^*$. 其中,u,v是两个向量,$(u,v)=\int u^*v\mathrm{d}x$是两个向量的内积(俗名是点乘),*表示复数的共轭。站在这个角度看问题,一切操作都变得自然了。
算了,时间有点晚了,再往后也看不懂,就什么都没讲地到此为止吧。从这个角度就能看到国内线性代数教材的弊端了,现在我看到的书都是从行列式开始讲的,这是不对的。真正的线性代数不是这样子的!注重计算而忽略概念,这完全就是本末倒置,这样的线性代数一文不值。正确的线性代数应该从线性空间讲起,最后导向行列式,这才是线性代数,超越高等数学的线性代数。
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