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“维”的定义

已有 5436 次阅读 2011-2-3 10:53 |个人分类:科学八卦|系统分类:科普集锦| 宇宙, 时间, 空间, 引力, 强力

 
“维”(dimension)是用来描述空间或图形的广延性或者复杂程度的一个概念。
这个“维”的概念,早在公元前的古人经已经有了。
被尊为“几何学鼻祖”的古希腊数学家欧几里德(活跃在公元前300年前后),在其《几何原本》一书中就对点、线、面和立体等给出了严格的定义:
立体的截口(末端)是“面”
面的截口(末端)是“线”
线的截口(末端)是“点”
 
古希腊的哲学家亚里士多德(活跃在公元前350年前后),则在其所著的《论天》一书中写道:“立体已经达到‘极致’,不会有超过三维的高次维存在。”
 
许多人都知道“我思故我在”这句名言,正是说这话的法国哲学家笛卡尔(莱恩·笛卡尔,1596-1650)确立了“坐标”的概念。
笛卡尔对“维”所下的定义是:“确定位置所必需的数值的个数。”
据传说,笛卡尔是在注视房间里飞行的昆虫时想到了确定昆虫的位置必须要用到3个数值。
根据笛卡尔的坐标概念来对“维”下定义,“维”是“确定位置所必需的数值的个数”。
维的个数与能够将一个点在其上移动的坐标轴的数目(自由度)是一致的。
 
按照笛卡尔的定义,那么,
在没有大小的“点”的内部无所谓位置,因而点是零维。
零维的“点”
确定某一位置只需要零个数值(不需要确定位置)
自由度为零(不能向任何方向移动)
 
“直线”有几维呢?
只要知道了直线上某一点到被选定为基准的另一点的距离,即只需一个数值,就可以确定该点的位置,因而直线是一维。
不限于直线,曲线也是如此,所以曲线也是一维。
一维的“线”
确定某一位置必须要1个数值(例如,x=2)
自由度为1(只能在x轴方向移动)
 
 
“方格纸”,只要知道了纸面上任意一点所在的纵线和横线的标度两个数值,就确定了该点的位置,因而是二维。
球形的“地球表面”也是这样,用纬度和经度两个数值就能够确定地球表面任一点的位置,因而也是二维。
二维的“面”
确定某一位置必须要二个数值(例如,x=4,y=3)
自由度为2 (能够在x方向和y方向移动)
二维的“球面”
确定某一位置必须要两个数值(例如,纬度=30°.经度=40°)
自由度为2 (能够在纬度方向和经度方向移动)
 
那么,我们生活在其中的这个空间有几维呢?
飞机或导航系统所使用的GPS(全球定位系统)要用纬度、经度和标高三个数值来确定当前所在的位置。
即使太阳系和银河系这样的大尺度空间,只要坐标选择合适,也可以用三个数值来表示空间中的位置。
 
 
由此可以说我们生活在其中的这个空间有三维
 
三维的“空间”
确定某一位置必须要3个数值(例如,x=6,y=3,z=3)
自由度为3 (能够在x轴方向,y轴方向和z轴方向移动)
 
 
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