diffgeom01 内在的曲率,实际上是指Riemann张量,比如一块石头,从东边看它象一只猫,从西边看象一兔子,从南边看它象

李群也是微分流形,从微分流形的角度看它,会有一些直观的印象。比如SO(4)群,它是标准的三球面S^3上的等度量群。那么,什么是三球面呢?中学的几何学基本上都是研究2或者3维平直空间里面的几何学。一个点是0维的,一条直线是1维的,一个面是2维的,我们生活的空间是3维的。
2维的面,很简单,有的看上去是弯曲的,比如篮球的表面,或者十三陵地宫里的巨大的圆木柱子的表皮——柱面。 但可以看到,一个柱面是可以用剪刀剪开,然后可以贴在平坦的墙壁上,所以,不太严格地说,柱面的内在的曲率是0,而球面显然不是这样的。球面的内禀曲率不是0,大概就是你不能用剪刀剪开它然后完全地贴到平坦墙壁上。
我刚开始接触黎曼几何时,就是用上面的方法在强行理解“内在的曲率”的。
但还是有一些问题,比方在纸上画一个扇形,然后把扇形卷起来用胶水把对边粘起来。那就是一个圆锥面。 显然圆锥面也是可以用剪刀剪开,然后可以贴在平坦的墙壁上,于是圆锥面的内在的曲率也是0。但它有一个尖点,那里不是光滑的,不能定义内在的曲率,应该排除。
内在的曲率,实际上是指Riemann张量。
那么什么是张量呢?这个东西不是一个容易理解的概念,它可以被放在坐标系下被确定下来。比如一块石头,从东边看它象一只猫,从西边看象一兔子,从南边看它象一个乌龟。那么这个石头的外形,就仿佛是一个张量。
如果一个人试图研究一个正立方体沿着体对角线转动时候的动能,那么,转动惯量就是一个很好的例子。真正考虑这个问题并做过计算,甚至不断变换正立方体的转轴,张量,这个有点神秘的幽灵,会立刻象花朵一样开放在眼前。
自行车的内胎。它的拓扑结构是一个二(维)环面,修车人生活在三维空间里,他看到的是这样一个中间有洞的东西。
拓扑地看,一个自行车内胎与一个篮球皮有什么区别?自行车内胎上剪出一条封闭曲线不一定把它分成2块,但一个篮球面上剪一条封闭曲线一定把球面分成2块。这个暗示了球面与环面在拓扑上是不一样的。一个自行车的内胎实际上是一个柱面弯起来以后把2个头接起来产生的。看的出来,它就是一个圆周s1在另外一个圆周s1上走了一圈后得到的,所以有一个很直观的记号,环面T2=s1 x s1。(环面记做:s1 x s1。因为环面的英语是Torus。所以还可以把2维度的环面简单记为T2。)
那么自行车内胎T2的内禀曲率是不是为0呢???很明显它用剪刀剪2次后是不能完全展成平直的,它不可以完全地贴在平坦的墙壁上。因此,在三维欧几里得平坦空间的自行车内胎,它不是处处内禀曲率为0。当这样说的时候,实际上背后的故事很是悠长。

请您先登陆,再发跟帖!