英国数学家威廉·伯恩赛德在讲一些数学问题的时候,经常把表示理论这样的词说出来。
乔迪·威廉姆森说:“你一直说表示理论,这样的词,这是你的口头禅,还是一个数学理论。”
伯恩赛德说:“是一个理论。”
乔迪怀疑的问到:“表示的是什么?”
伯恩赛德说:“就是一种是一种把复杂的事物用较简单的事物‘表示’的方法。”
乔迪说:“我问的具体的是什么?是群?”
伯恩赛德说:“即使是群也有很多中不同的表示呢?”
乔迪叹气说:“我试着猜猜,比如用不可约群的组成来表示任何一个群这一类型的对吧?”
伯恩赛德说:“这是其中之一,复杂的对象通常是数学对象的集合,比如数字或对称性,它们彼此之间有着特殊的结构关系。”
乔迪说:“听起来不像是新东西,就是一个东西找基本单位而已。”
伯恩赛德说:“在1897年的时候,我觉得这种非正统的观点根本不会产生任何新结果。
我只是在用矩阵的方法表示一切,毕竟数学家基本上知道关于矩阵的一切。
它是为数不多的被完全理解的数学科目之一。
而且他完善到可以表示任何一种东西。”
乔迪说:“可问题是,关于你说的表示理论,研究这个问题是否合理,现在还不清楚。”
伯恩赛德说:“这种问题让人难以察觉,但是随着数学的深入发展,肯定越来越重要。
比如群组很重要,我们要把它们表示出来,而比较简单的对象是称为矩阵的数字数组,它是线性代数的核心元素。
群组是抽象的,通常很难掌握,而矩阵和线性代数是基本的。
要了解如何用矩阵表示群组,有必要依次考虑每个对象。”
乔迪说:“恩,比如李群的表示就需要这样。”
伯恩赛德说:“举个粒子,考虑一个等边三角形的六种对称性:两个旋转对称,120度和240度,三种反射对称,从每个绘制的线穿过对边的中点,一个恒等对称,对三角形不做任何改变。
这六种对称形成了一个封闭的元素宇宙,也就是一个群组,它的正式名称是s_3。
它们组成了一个组,因为您可以按任意顺序将任意数量的它们应用到三角形中,并且最终结果将与仅应用一个对称性相同。
例如,先反射三角形,然后将它旋转120度,重新排列,就像你仅仅执行了一个不同的对称变换一样。
数学家将两种对称的结合称为合成:一组反射与另一组旋转的一个组合产生第三组,称之为不同的反射。
你可以像数学家一样,把合成看作是乘法运算。
如果考虑非零实数,这是最容易看出的,它们也构成了一组。
实数有一个单位元素,用数字1。
任何与1组合或乘以1的实数保持不变。
你也可以乘任意实数的组合,以任何你想要的顺序,乘积总是一个实数。
数学家们说,实数组在乘法下是“封闭的”
,这意味着你不会仅仅通过元素的乘法就离开这个实数集群组。”
乔迪说:“要按照你说的那个例子,李群包含无限多个元素,而不是六个元素。”
伯恩赛德说:“没错,要解决一个重要的问题,往往需要理解与之相关的特定群组。
但是大多数群组比等边三角形的对称群组更难理解。
我们不可避免要面对表示理论的领域,它把有时神秘的群组的世界转换成充分约束的线性代数领域。”
乔迪说:“是的,它们编码质数、几何空间和几乎所有数学家最关心的东西的信息。”
伯恩赛德说:“只不过你要用矩阵,也就是线性代数来表示这些,里面就会出现扩大、平移、反转、剪切、选择和反射这样的词汇。
这些就相当与我们数学中的加减乘除这样的东西一般。”
乔迪说:“我刚刚想多了,还以为你找到你加减乘除模之外的新的运算方式呢。”
伯恩赛德说:“表示理论根据一定的规则,为群组中的每个元素分配一个矩阵,从而在群组理论和线性代数之间架起了一座桥梁。
例如,必须将群组中的单位元素分配为单位矩阵。
分配还必须尊重群组中元素之间的关系。
请关闭浏览器阅读模式后查看本章节,否则将出现无法翻页或章节内容丢失等现象。