纤维丛,将XY平面当作一个乘积空间,即每一个X点可以与Y的每一点相乘得到一条直线
描写变化的函数,如车辆飞机的路线,股票的涨落,影音讯号,都是用平面曲线记录的,因此,X-Y坐标系人人会读,人人要用。其实带坐标系的二维平面就是一个纤维丛。我们可以想象整个平面是一根Y向直线横扫X空间而形成的。被横扫的空间(这里是X)叫底空间,那根直线就是纤维。
从另一个角度看,我们也可以将XY平面当作一个乘积空间,即每一个X点可以与Y的每一点相乘得到一条直线。
当然这是一个太平庸的例子,但一般意义的纤维丛确实是乘积空间的推广。"推广"了什么?刚才的例子之所以叫平庸,是因为他每个地方的乘法完全一样,不同X的地方的Y直线毫无差异,就像红朝人民的脑袋,万众一心,平庸得可怕。总而言之,一张四平八板的纸片确实有点无聊。不过,稍微变一下就可以别开生面,例如,将纸带扭一圈或几圈以后对接,形成Mobius带子。哈!你没办法用简单的坐标系或通用的乘法了。局部看来,小人度腹,依然是个"平面方形",直线段尚在,依然可以用乘积空间描写,但稍微走远一点就发现,原来的"Y直线"整条都是直的而且对得很齐但现在"弯掉了",不对齐了。跳出三界,来个全观,则发现,相邻的弯掉的直线之间的关系(转换函数或联络)与扭曲的程度有关。
简言之,底空间各个地点各有各的纤维空间,就是非平庸丛了。
为了对阁下负责,对底空间,要做点补充。
第一是底空间无须平直,可以弯折。这个不奇怪,地球表面,阁下的俊脸贵体,都是弯曲空间。不弯还不行。没有曲线美。问题就大了。
第二,空间的长度单位(标准尺)可以随位置甚至时间而变,即,各个地方的长度单位还不一样(上海的1尺是广州的9寸)。这就是最通用的黎曼空间了。黎曼提出这种空间60余年以后,爱因斯坦找到了一个物理实例(使之成为最伟大的科学家),也就是阁下所在的宇宙,其实就是一个黎曼空间。真是不识庐山真面目,只缘身在此山中。当然阁下想看到尺子钟表不一样,或者看到时空之弯曲,您得稍微走高一点看才行,例如走100万光年回头看。藉助现代仪器如原子钟,地面与卫星轨道的时间差异就可以量出来。这里终于搭上了短江兄的GR话题。
这有个休息亭,好,歇一会:一些人觉得像流形、非欧空间或弯曲空间难以捉摸,这里试着从一种特别的角度解释一下。我们回顾一下微积分干了什么。依我看,其实就是用古希腊数学家们关于线段、长方形和长方体的已知结果(长度、面积和体积)用来量度一般曲线、曲面和曲体的长度、面积和体积。其中用到的一个基本假设就是,不管多么"弯曲"的东西,总可以找到一个足够小的尺度,在此尺度下一切都是平直的。故可以用大量的微小线段、微长方形或微长方体为"尺子"拼凑出任意的形状或体系。微分几何的大部分也就是告诉你如何用微小的平直空间来建造一个"任意的"流形,所以基本思想还就是那一点东西在兜来兜去。
