既然有一維,二維,三維空間等等,那麼有沒有零維和負維度?

既然有一維,二維,三維空間等等,那麼有沒有零維和負維度?

已被推廣到分數維度,甚至負維度上去的:即,空間維度從正整數集合(Z^+)推廣到實數域(R)。

接下來,我列一個大綱分成三步來討論,就不具體分析了:

既然有一維,二維,三維空間等等,那麼有沒有零維和負維度?

  1. 利用一點簡單的分形幾何的知識,把維度分數化。
  2. 再利用Fourier變換的對偶性,把動量空間的維度定義為維度為-1的實空間。n維對偶動量空間可以看做是-n維實空間;反之,n維的實空間也可以看做是-n維的動量空間。也因此不妨換個角度看待位置和動量構成的相空間,即正負維數對偶的實空間:Phase space - Wikipedia. 這兒,利用了動量和座標是一對共軛變量,或者從物理上看,就是動量和座標的Heisenberg不確定關係。
  3. 結合兩者,進一步可以實現負空間的維度分數化。從而最終使得幾何空間維度從正整數推廣到實數域。(注意這句話其實似是而非,我並不知道數學上具體怎麼弄,但物理上卻並不難。)

遺留的兩個比較有趣的問題是:

既然有一維,二維,三維空間等等,那麼有沒有零維和負維度?

  1. Fourier變換是從維度為1到維度為-1的對偶空間的變換,那麼能否實現在任何分數維度(比如[-1,1])中的Fourier變換呢?這個問題已經有部分答案了,因為分數Fourier變換已經被定義出來了。 當然了,這個fractional Fourier變換跟分數維度中的Fourier變換是否是自洽的,我就不知道了(ps: 這個坑誰想跳誰跳,反正我腿腳不好)。
  2. 更讓人頭疼的問題是,如何在分數維度空間中定義微積分。因為分數維度空間似乎表現出極度的分形,非常的不光滑。無法定義一個局部的光滑的歐式空間,即無法定義流形等等,因此一般意義下,利用曲面空間中微分幾何的辦法是無能為力的。但是,這個問題並不是完全沒有希望,因為分數維度空間有自相似的結構特徵,這是一個提示:我們也許要重新定義微分積分過程。再加上可以借鑑隨機過程中的微積分定義來光滑化分形特徵等。總之,我雖然是不會如何準確的定義分數維度中的微積分,而且十有八九估計又是個坑,但還是很樂見其成的。
既然有一維,二維,三維空間等等,那麼有沒有零維和負維度?

通過上面的大綱分析:我們把維度從正整數推向實數域大概也就成立了。這個推廣的過程中保留廣義測度,保留微積分以及Fourier變換等良好的性質。最後也就回答了題主的問題,即,換個角度從物理上看,動量空間就是對應負維度的實空間!是不是有種恍然大悟的感覺!是不是有種忙了半天答案卻很平庸的感覺!


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