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在微积分理论中,一个最基本的概念是:在无限小的意义下,可以用局部曲线的切线取代原曲线,从而对曲线的积分就是其面积。
微分几何在本质上继承了这个要点,引入切空间矢量代表微分长度曲线,并推广到高维空间。
而另一方面,代数理论给出的坐标变换理论认为,一组微分坐标增量,可以在局部表达为另一组微分增量坐标的线性和dX= J dx ,并称之为雅可比变换。
在抽象的数学结构上,两者是等价的。至少,大多数作者是这样看的。
为了打消人们的疑惑,只要雅可比变换是可逆的,就可以证明这两个增量坐标就是等价的,从而,建立与具体坐标无关的张量代数或算子理论。
到目前为止,这个理论在物理、力学中是主流理论。
问题在于,如果无限小只能在概念上实现,而在工程或实际操作上无法实现的话,会如何呢?
问这个问题的人是担很大风险的。因为这就意味着否定极限的概念,也就是说不承认无限小,而只承认有限小。
Clifford(150年前)几何代数采用的就是这样一个现实主义的态度,von Neumann (60年前)的非线性几何场论也采用这样的一个现实主义的态度。而法国数学力学家Brillouin, L., (Tensors in Mechanics and Elasticity, New York: Academic Press, 1964)在将张量建立有限小概念上时,很自然的否定了坐标变换的张量概念。在连续介质力学上,这是很自然的。
在力学上,这种有限小的概念被均匀各向同性假设隐藏下来,为了什么目的呢?答案是:为了微分方程(运动方程)的合理性。而微分方程的合理性是由能得到某些理论解(也称精确解)来证明的。
但是,人们是在有选择的使用论据,很多的实际问题并没有由“正确的”微分方程给出正确的答案。
人们很快的就达成协议:高阶小量不能忽略不计!从而引入非线性项。所谓的非线性科学也就应运而生。这在逻缉上是不是对无限小的否定?是不是在隐讳的形式上承认有限小的概念呢?
如果是承认有限小的概念,也就会自然的接受Clifford几何代数方法。如果不接受,就必须发展在传统微分算子上的扩展理论算子。
这两条道路是有竞争性的。
目前的主流是:发展在传统微分算子上的扩展理论算子。
从工程角度看,有限小的概念是现实的。那么这个有限小实际上就定义了一个尺度。不同的有限小定义了不同的尺度,从而,现实问题是多尺度的。
如果我们要证明:微分运动方程是正确的,那就要证明该方程与尺度无关,或者说是可以做尺度归一化。从而,存在与尺度无关的抽象形式。
如果认为与尺度有关,就会认为:不同的尺度下有不同的规律性,从而寻求各尺度的对应规律。如,介观物理学,纳米力学,等。这又走得有点太过了!
能令两者都满足的办法就是使用基于有限小(最小的那个尺度)的几何代数理论。
在形式上,几何代数理论远比微积分理论复杂,但是,它却最靠近现实性。
形式与本质的表面上的不一致阻碍了人们对几何代数方法的认识。
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GMT+8, 2024-11-18 13:25
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