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Geometria Riemanniana

1854
  • Bernhard Riemann
Estudo da geometria Riemanniana com escrivaninha antiga e papéis de pergaminho.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A geometria Riemanniana é o ramo da geometria diferencial que estuda variedades Riemannianas — variedades diferenciáveis ​​dotadas de uma métrica Riemanniana. Essa métrica é uma coleção de produtos internos nos espaços tangentes, variando suavemente de ponto a ponto. Ela permite a definição de noções geométricas locais como ângulo, comprimento de curvas, área de superfície e volume, levando a uma noção generalizada de curvatura.

A geometria Riemanniana, introduzida na palestra de Bernhard Riemann de 1854, "Sobre as hipóteses que fundamentam a geometria", generaliza a teoria de superfícies de Gauss para qualquer número de dimensões. O objeto principal é uma variedade Riemanniana, que é uma variedade diferenciável onde cada espaço tangente [latex]T_p M[/latex] em um ponto [latex]p[/latex] é equipado com um produto interno [latex]g_p[/latex], chamado métrica Riemanniana. Essa métrica deve variar suavemente conforme [latex]p[/latex] varia na variedade.

O tensor métrico [latex]g[/latex] permite medir o comprimento de vetores tangentes e o ângulo entre eles. Consequentemente, pode-se definir o comprimento de uma curva integrando o comprimento de seu vetor velocidade. O caminho mais curto entre dois pontos é chamado de geodésica, que generaliza o conceito de “linha reta” para espaços curvos. O desvio entre geodésicas revela a curvatura da variedade.

A descrição completa da curvatura na geometria Riemanniana é capturada pelo tensor de curvatura de Riemann, [latex]R(u, v)w[/latex]. Este tensor é um mapa multilinear que quantifica a extensão em que a derivada covariante deixa de comutar. Ele contém toda a informação geométrica intrínseca da variedade e generaliza o valor único da curvatura gaussiana para superfícies. Contrações do tensor de Riemann produzem outras medidas de curvatura importantes, como o tensor de Ricci e a curvatura escalar, que são fundamentais para a teoria da relatividade geral de Einstein.

UNESCO Nomenclature: 1204
Geometria

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Teoria das superfícies de Gauss (Disquisitiones generales circa superficies curvas)
  • Geometrias não euclidianas de Lobachevsky e Bolyai
  • Desenvolvimento do cálculo tensorial por Ricci-Curbastro e Levi-Civita
  • Conceito de uma variedade

Aplicações

  • Teoria da relatividade geral (o espaço-tempo é uma variedade pseudo-riemanniana)
  • ciência de dados (técnicas de aprendizado de variedades)
  • Robótica (planejamento de movimento em espaços de configuração)
  • geodesia (modelagem da forma da Terra)
  • visão computacional (análise de forma)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • designing ai algorithms that learn the “shape” of data to improve classification and regression tasks
  • creating advanced navigation systems for autonomous vehicles that operate in complex, dynamic environments
  • developing new cosmological models to explain dark matter and dark energy by modifying the geometry of spacetime
  • engineering novel metamaterials with custom-designed refractive indices based on riemannian principles
  • building more realistic physics engines for simulations and video games that handle curved spaces
  • analyzing brain connectivity data (connectomics) by modeling the brain as a complex manifold
  • improving statistical methods for shape analysis in imagens médicas and computational anatomy
  • creating quantum computing algorithms that leverage the geometry of the state space (Hilbert space)
Relacionado a: variedade riemanniana, tensor métrico, espaço tangente, curvatura, geodésica, relatividade geral, riemann, produto interno.

Contexto histórico

Geometria Riemanniana

1828
1848
1850
1854
1884
1896
1900
1827
1829
1850
1854
1854
1895
1899
1900

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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