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黎曼几何

1854
  • Bernhard Riemann
利用古董书桌纸和羊皮纸研究黎曼几何。

(图片仅供参考)

黎曼几何是微分几何的一个分支,研究黎曼流形——具有黎曼度量的光滑流形。该度量是切空间上内积的集合,其值随点而平滑变化。它允许定义局部几何概念,例如角度、曲线长度、表面积和体积,从而引出广义的曲率概念。

黎曼几何由伯恩哈德·黎曼在其1854年的演讲《论几何基础的假设》中提出,它将高斯的曲面理论推广到任意维度。其关键对象是黎曼流形,它是一个…… 可微流形 其中,每个切空间 [latex]T_p M[/latex] 在点 [latex]p[/latex] 处都配备了一个内积 [latex]g_p[/latex],称为黎曼度量。该度量必须随着 [latex]p[/latex] 在流形上的变化而平滑变化。

度量张量 g 可以用来测量切向量的长度以及它们之间的夹角。因此,可以通过积分曲线速度向量的长度来定义曲线的长度。两点之间的最短路径称为测地线,它将“直线”的概念推广到曲面空间。测地线之间的偏差揭示了流形的曲率。

黎曼几何中曲率的完整描述由黎曼曲率张量 R(u, v)w 表示。该张量是一个多线性映射,量化了协变导数不满足交换律的程度。它包含了流形的所有内在几何信息,并将高斯曲率的单一值推广到曲面。黎曼张量的缩并可以得到其他重要的曲率度量,例如里奇张量和标量曲率,它们在爱因斯坦的广义相对论中至关重要。

UNESCO Nomenclature: 1204
- 几何学

类型

抽象系统

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 高斯的曲面理论(Disquisitiones Generales circa superficies curvas)
  • 罗巴切夫斯基和博利亚伊的非欧几里得几何
  • Ricci-Curbastro 和 Levi-Civita 对张量微积分的发展
  • 流形的概念

应用程序

  • 广义相对论(时空是伪黎曼流形)
  • 数据科学(流形学习技术)
  • 机器人技术(配置空间中的运动规划)
  • 大地测量学(地球形状建模)
  • 计算机视觉 (形状分析)

专利:

NA

潜在创新理念

  • designing ai algorithms that learn the “shape” of data to improve classification and regression tasks
  • 为在复杂、动态环境中运行的自动驾驶汽车创建先进的导航系统
  • 通过修改时空几何形状来开发新的宇宙学模型来解释暗物质和暗能量
  • 基于黎曼原理设计具有定制折射率的新型超材料
  • 为模拟和视频游戏构建更逼真的物理引擎,处理弯曲空间
  • 通过将大脑建模为复杂流形来分析大脑连接数据(连接组学)
  • improving statistical methods for shape analysis in 医学成像 and computational anatomy
  • creating quantum computing algorithms that leverage the geometry of the state space (希尔伯特 space)
相关术语:黎曼流形、度量张量、切空间、曲率、测地线、广义相对论、黎曼、内积。

历史背景

黎曼几何

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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