克利福德代数

更新时间:2024-06-27 14:54

克利福德代数(Clifford algebra),又称几何代数(Geometric algebra),综合了内积和外积两种运算,是复数代数、四元数代数和外代数的推广,在几何和物理中有应用广泛。

简介

设V是特征不为2的K上的线性空间,Q是V上的一个二次型,T(V)是V上的张量代数。若I是T(V)中下列形式的元素生成的理想

商代数Cl(V,Q)=T(V)/I称为关于二次型Q的一个克利福德代数。

泛性质

若f是V到一个K上代数A的代数同态,使得

f(v)2=-Q(v)1,v∈V,

则存在C(V,Q)到A惟一的代数同态g使得如图交换。

性质

当dim V=n时,dim C(V,Q)=2。当Q=0时,C(V,Q)即为V上的外代数。因此,克利福德代数是外代数的推广。实数域上的复数全体,四元数全体都构成克利福德代数。

其元素为u-=u+KQ,u∈T(V)。由于T(V)是由V生成的,所以V到C(V,Q)的自然映射i:x→x-=x+KQ,x∈V,使得i(V)就生成Cl(V,Q).事实上,若:

dim V=n,

且u1,u2,…,un为V的基,则u-i1,u-i2,…u-ir(i1

dim Cl(V,Q)≤n2.

特别地,若n=2且B(x,y)是非退化的,则C(V,Q)是四元数代数。

相关概念

设V的自同态α,满足α(v)=-v,可扩张到Cl(V,Q)。由于α2=id,可定义分次代数Cl(V,Q)=Cl0(V,Q)⊕Cl1(V,Q),使得两个子空间分别为α的本征空间

Cl(V)的乘法单位群为Cl×(V)。由V中满足的v生成的Cl×(V)的子群为Pin(V)。Pin(V)与Cl0(V)的交为自旋群Spin(V)。

Pin(V)包含了Cl(V)作为线性空间的基,故Cl(V)为包含Pin(V)的最小R代数。

外代数

外代数亦称格拉斯曼代数。各阶反变张量空间的并构成的代数。用Λ(V)记形式和:

则Λ(V)是维向量空间。设:

其中。ξ与η的外积是:

则Λ(V)关于外积成为一个代数,称为向量空间V的外代数或格拉斯曼代数

向量空间Λ(V)的基底是{1,ei,ei1∧ei2,…,e1∧…∧en}(1≤i≤n,1≤i1

同样,人们也有对偶空间V*的外代数:

的元素称为向量空间上的r次外形式,它是V上反对称r重线性函数。

人物简介

英国数学家。生于埃克塞特(Exeter),卒于马德拉(M-adeira)1860年在伦敦国王学院就学,三年后入剑桥三一学院。1867年荣获史密斯数学奖。第二年当选为该校应用数学教授。1874年成为皇家学会会员。克利福德在数学和物理学中的影响都很大。他将黎曼等人的非欧几何引入英国,并在有关四次方程、轨迹分类、黎曼曲面的拓扑结构等方面有独到见解,还创设了一种具有特殊性质的二阶曲面来研究曲面的几何结构,被称为“克利福德曲面”。这些成果对克莱因等人的工作有所帮助,也为相对论的建立提供了理论依据。在代数方面,克利福德继哈密顿四元数之后,引入了新的超复数——八元数(biquaternion),并推广为更一般的“克利福德代数”。

发展

克利福德代数(Clifford algebra)的主要贡献者有:Hamilton(四元数),Grassmann(外代数),Clifford,Hestenes等等。

Hestenes是克利福德代数的发扬光大者,Hestenes的主要著作有:

《Space-time algebra》(克利福德代数被引入到狭义相对论中)。

《Clifford Algebra to Geometric Calculus》(克利福德代数结合了微积分,成为更强大的数学工具)

《New Foundations for Classical Mechanics》(经典物理学用克利福德代数重新书写)

还有一些将Clifford algebra应用于其他领域如广义相对论量子力学量子场论射影几何微分几何、共形几何等中的著作。

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