极矢量与轴矢量的趣味历史

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 楼主| xukun977 发表于 2019-3-2 18:17 | 显示全部楼层 |阅读模式


论坛上各路神仙喜欢掐架,世界顶级学者其实也喜欢较劲。(当然了,人家那个较劲的结果是成果产生,我们这个就是瞎扯淡。)
有许多较劲都成了美谈,例如威尔逊电流镜,俩人打赌,老子我花几天时间就能弄个更好的电流镜来。

再例如交流电和直流电之争,名气大的反而赌输了!

本文说的极矢量与轴矢量,也是双方较劲的结果。

 楼主| xukun977 发表于 2019-3-2 18:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-3 18:11 编辑

事情要从19世纪说起,那时候麦克斯韦弄出个【场】的概念,书中麦克斯韦方程不像现在简单,好几十个。
为了化繁为简,那时候必须用到【矢量】的概念来处理它,但是那时候没有现在矢量分析技术。

于是19世纪最后十几年,一帮大神聚在一起打赌,赌在三维空间中矢量的最佳数学公式是什么。
参赌双方大神,一派是诺特、泰特和亚历山大.马克法兰;另一派是名气更大的吉布斯和亥维赛。



诺特代表队赌的是【四元数】,吉布斯代表队赌的是【矢量分析】

当然了,双方其实都是受大神麦克斯韦影响,大神在电磁学通论中这两个工具都使用了。

参赌双方大多数都是数学功夫一流的物理学家,所以这个打赌就特别有趣了,学术界都在围观。



【四元数】是大神哈密顿1843年想出来的。(大神闲着没事随便一想就是牛叉发明,论坛上网友随便一想都是天方夜谭)

听名字就知道四元数指的是有4个分量,因为复数是在实数基础上的推广,所以应该向下兼容,所以四元数q=矢量+标量=a+bi+cj+zk,这里i、j、k是单位虚数

四元数包含标量部分a和矢量部分(见上面一行红字),红字部分有个专门名字--纯四元。
如果粗略看上去,如果a=0,那么四元数形式上就是纯四元,这就是我们现在常见的矢量!!!

形式上虽然如此,但是实际上相去甚远,根本不是一回事。


但是更恶心的是运算规则上也相像,例如上面的四元数i、j、k之间的运算规则是:




按照这个运算规则,可以验证,两个纯四元数的全积由两部分组成,一部分是包含负号的标量部分,以及矢量部分。
这与矢量运算中的叉积,明显不同!!!




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 楼主| xukun977 发表于 2019-3-2 19:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-2 19:50 编辑

什么都一样,观众如果不晕才怪。

这个帖子比较长,一天写不完,先给个结论:
让人迷糊的根源是哈密顿不管是versor,还是vector,都用符号i、j、k表示,相同的符号观众自然认为它们是一回事了。



以我对大师的了解,大师立马会百度百科维基百科关键词【四元数】【versor】.
看一天后,搞的跟事先研究过的专家一样,跑来论坛点评几句。


我们这个服务周到,帮大师把维基百科链接准备好了


https://en.wikipedia.org/wiki/Versor
https://en.wikipedia.org/wiki/Quaternions_and_spatial_rotation






飞翔的鱼2019 发表于 2019-3-2 20:44 | 显示全部楼层
 楼主| xukun977 发表于 2019-3-2 21:45 | 显示全部楼层



今天晚上跑百度炒几个极矢量和轴矢量运算法则,搞的我以为他懂了,再一看他用自己的话做的总结,我才知道他是在那不懂装懂!



所以我专门发这个帖子,帮这个水货区分两个“矢量”的不同!!!!请看仔细了,这里矢量上加双引号了哦!!!







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 楼主| xukun977 发表于 2019-3-3 18:17 | 显示全部楼层
双方相争的结果是,四元数派败下阵来!
19世纪末20世纪初还研究的火热,到现在只是数学家手中非交换代数的有趣例子,物理学家很少使用它了。





 楼主| xukun977 发表于 2019-3-3 18:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-3 19:11 编辑

矢量(三维空间)有三个空间分量(X、Y、Z),可以表示成Z=Xi+Yj+Zk,可以定义矢量的加法和减法,有两种类型矢量积,类似于四元数积的标量部分和矢量部分。矢量没定义除法运算。


尽管纯四元数与矢量不同,但是仍旧通常把纯四元数理解成三维空间种的矢量!
例如库伯定义四元数为标量和矢量之和!也就是把纯四元数当成矢量了。

当然,矢量和纯四元数之间有一一对应的关系,因为两者都是三个带i、j、k的量相加。
然而并不能据此就可以随意认定它们都是矢量,要想是矢量,必须满足特定的特性!


由于四元数和矢量都使用i、j、k,纯四元数和矢量从形式上看一模一样。但是请注意:四元数中的i,j,k是虚数单位,而矢量中i,j,k是三个相互垂直的方向




现代研究观点表明,如果把纯四元数视作矢量,是非常危险的,因为两者的对称特性不同。


历史发展过程表明,矢量代数来源于四元数代数,所以需要从历史的观点来研究为何两个不同体,某些方面看起来那么相像。


 楼主| xukun977 发表于 2019-3-3 18:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-3 19:29 编辑

矢量和纯四元数的性质和对称性

前文已说,纯四元数和矢量的对称特性不同!

纯四元数坐标变换行为像个轴矢量,而普通矢量像是极矢量

我前面已经发帖说过这些矢量相乘的结果了,例如轴矢量轴矢量=轴矢量极矢量极矢量=轴矢量轴矢量极矢量=极矢量



现在问题了,出现了真假孙悟空,看外形、声音和动作根本无法区分,唐僧念经两人都是头疼满地打滚,这可如何是好?

这时候上天庭搞了照妖镜来,假孙悟空照不出来,但是轴矢量和极矢量一照旧出来了。









如上图所示,右边是真假孙悟空,其中Ax和Ay表示没有z分量的极矢量A,那个C是轴矢量。中间红色的部分是照妖镜。左边是镜子中出现的结果。
可以发现,两个孙悟空对称性不一样。

用数学术语说,上图表示的是矢量积AxB=C的图示,简单起见,z分量Az和Bz都是零。
常规教科书上都有乘积结果,即Cz=AxBy-AyBx!

根据上图,镜子左边x分量与右边是对称的,左边的δAx=右边的Ax,但y分量是反对称的,即δAy=-Ay
据此可知左边的δC=δ(AxBy-AyBx)=(-AxBy+AyBx)=-C

所以,矢量C在平行平面的反射下行为,像是个轴矢量







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