辛幾何

What赶么?

辛幾何是華羅庚對symplectic geometry的翻譯黎泣。

symplectic geometry是大數(shù)學(xué)家Herman Weyl命名的秉撇,他在研究復(fù)形群時(shí)覺得用complex group會讓讀者誤把其中的complex當(dāng)成complex number的complex空盼。為了避免這種尷尬饼记,他提議是使用希臘語形容詞symplectic替代。

Leonard Eugene Dickson稱symplectic group為阿貝爾線形群(Abelian linear group)荧嵌,以紀(jì)念第一個(gè)對該群研究的阿貝爾呛踊。

辛幾何

在經(jīng)典力學(xué)和理論物理研究中砾淌,哈密頓力學(xué)地位十分重要。哈密頓力學(xué)所刻畫的隨時(shí)間變化的物理過程可以等價(jià)位相空間的幾何變換谭网。

相空間也是一種坐標(biāo)系汪厨。常規(guī)坐標(biāo)系有x,y,z坐標(biāo)系,而相空間在常規(guī)坐標(biāo)系軸基礎(chǔ)上在增加坐標(biāo)軸(或動量軸)愉择。質(zhì)點(diǎn)在初始時(shí)刻的位置和速度就對應(yīng)相空間中一個(gè)廣義的“點(diǎn)”劫乱。

所有感興趣的“點(diǎn)”在相空間里組成一個(gè)高維塊體(常規(guī)是三維塊體,二維區(qū)域)锥涕。隨著時(shí)間變化要拂,這個(gè)塊體會像面團(tuán)一樣變化,所以就文縐縐把這個(gè)塊體叫流形(manifold)站楚。

上述流形肯定是千奇百怪的脱惰,其中符合外爾描述的symplectic的,就叫做symplectic manifold窿春,中文就翻譯為辛流形拉一。辛流形像面團(tuán)一樣被揉來揉去就叫辛拓?fù)?code>symplectic topology,而syplectic group就叫辛群旧乞。

Appendix

symplectic在經(jīng)典力學(xué)和理論物理研究中流行是因?yàn)閷ΡJ叵到y(tǒng)(沒有耗散)蔚润,辛流形的廣義體積不隨時(shí)間變化。

很多時(shí)候尺栖,被研究的微分方程太復(fù)雜嫡纠,以至于尋找閉合的解析解已不可能。此時(shí)延赌,需要借助于計(jì)算機(jī)求數(shù)值解除盏,需要把微分方程近似為代數(shù)方程的迭代。

近似方法在每一個(gè)迭代步內(nèi)有誤差挫以,所造成的誤差還可能會在下一步迭代中被放大者蠕。或者換個(gè)名詞掐松,這相當(dāng)于計(jì)算帶來了虛假的計(jì)算阻尼踱侣。如果這種阻尼是“正”的還好,誤差不會累積暴增大磺。如果一不小心抡句,迭代格式所造成的阻尼是“負(fù)”的,那么近似計(jì)算出來的系統(tǒng)能量會越來越大杠愧,計(jì)算結(jié)果就會發(fā)散(這時(shí)根本談不上精度了)待榔。

如果在構(gòu)造近似格式時(shí),首先約束格式要保證辛流形的體積不隨迭代而變化殴蹄,那么計(jì)算出來的“系統(tǒng)能量”就不會無限增大究抓。不管精度如何猾担,這至少數(shù)值結(jié)果不會發(fā)散了袭灯!

保守系統(tǒng)運(yùn)用的廣泛性和計(jì)算機(jī)分析的流行性刺下,所以對能保正辛流形體積不變的迭代格式就特別受到計(jì)算科學(xué)家的重視。也因此稽荧,中文就把“保正辛流形體積不變的迭代格式”簡稱“保辛格式”橘茉,對應(yīng)的英文術(shù)語是symplectic integrator。在構(gòu)造算法時(shí)姨丈,會用上辛矩陣(symplectic matrix)和辛變換(symplectic)等概念畅卓。

對微觀世界(理論物理)和日月星辰(天文學(xué)) , 幾乎都不強(qiáng)調(diào)能量損耗(或認(rèn)為就根本不存在),而且其運(yùn)行的時(shí)間尺度很大蟋恬,所以若不用保辛格式翁潘,則很難得到長時(shí)間的行為。但是就很多工程問題歼争,對耗散和摩擦都不能掩耳盜鈴拜马,所以辛算法是否還那么霸氣呢?

最后再補(bǔ)一句沐绒,除了辛幾何俩莽,英語中symplectic還是使用的,即symplectic bone(是“續(xù)骨”乔遮,不是“辛骨”0绯)。學(xué)習(xí)脊椎動物進(jìn)化的時(shí)候要碰到蹋肮。

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