欧氏空间和欧氏直线 线性空间和欧氏空间


欧氏空间和欧氏直线 线性空间和欧氏空间

文章插图
时空学大讲堂
——反相对论演义
二,时空学初步
3,欧氏直线
直线是人类理论和实践中的重要概念 。但是直线的定义是一个难点和盲点 。在理论上直线不能确切定义 。一是直线向前延伸的方向无法准确界定 。例如,欧氏几何学中直线定义是:点向两个相反方向运动的轨迹 。该定义是循环定义 。因为直线和“相反方向”是两个关联概念:直线不明晰时其相反方向也是不确定的 。在地球表面,将具有一定长度的细线两端拉伸,若拉力不同,得到的对应线的延伸方向也不完全相同 。它们哪一个是反方向?二是直线不能复写 。即不能准确地再现;三是检测困难 。例如,两点之间有几条轨迹差别不大的线段,在实践上无法直接比较它们孰长孰短 。换言之,一条线是否直线,实践中无法精确检测 。因此直线在理论上不能确切定义 。但是在实践中人类却发现了直线的“形象代言” 。
直线:自然空间中光线的轨迹 。
该概念是从实践中产生的 。人类在生产生活实践中对直线概念早已约定俗成:对于一条实体线,不分民族、不分国度,任何人只要瞧上一眼,立刻就可以判断它是直的还是曲的 。若问他判断的依据是什么,多数人可能回答不上,少数人回答与光线重合的是直的,不重合的是曲的 。现代测量测绘中潜行的基本原理就是根据光的直线传播 。早在我国战国时期,墨子就已指出光是直线传播 。故该定义符合人类实践 。它既是一个主观概念,又是一个客观标准 。该定义没有强调直线是“光在真空中的传播” 。说明直线是自然空间中(不仅仅是真空中)的客观“存在”,不是主观概念 。
逻辑学认为,任何概念都有内涵和外延 。例如,物理学中“光”这一概念就有“波动性”和“量子性”两种外延 。光的这两种形式互相补充(不是互相排斥) 。直线的内涵就是光线 。数学上它有三种不同的外延 。欧几里得首先发现了直线的第一种外延形式:欧氏几何第五公设 。
欧几里得空间:将空间中任意三点用直线(光线)连成一个三角形 。若三角形内角和为180°,则该空间称作欧几里得空间 。简称欧氏空间 。
三角形内角和为180°是欧氏几何第五公设的一种表述形式 。与其等价的表述是过平面中直线外一点有且只有一条平行线 。由于三角形内角和检测相对容易,故采用上述定义 。欧氏几何第五公设在理论上界定了直线概念的一种外延形式 。欧氏空间的直线称作“欧氏直线”;两条欧氏直线相交确定的平面称作“欧氏平面” 。第五公设是一条几何学公理,理论上不能证明也不能证伪 。因此,是否“欧氏直线”或“欧氏平面”只能用欧氏几何第五公设确定的两个方法检测 。
直线的性质公理:空间中两点之间直线距离最短 。
距离最短是直线最重要的特征 。该公理在理论上保证了直线的确是“直”的 。由于是公理,所以不能证明 。但在实践中总是正确的 。
欧氏空间是宇宙的一种独立空间 。利用欧氏几何第五公设可以证明,人类赖以生存的母亲空间————地球表面————在多数情况下就是欧氏空间————在多数情况下地球表面空间中的三角形内角和为180° 。并且三角形面积越小越准确 。
【欧氏空间和欧氏直线 线性空间和欧氏空间】


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