群论naive认知

曾有一位旅游者在游览杭州西湖后写下一首打油诗:

昔年曾见此湖图, 不信人间有此湖。今日打从湖上过,画工还欠费功夫。



之前看了3B1B的两个有关群论的视频,本着费曼学习法的宗旨,特此把自己对群论的naive认知写下来

如果有一个什么都不懂的小白(什么都不懂,说的不就是我吗)问我

“什么是群论?”

我该怎么回答?前人之述备矣,但要亲自复述一遍好像没那么简单。

先上定义


有点抽象,能不能更直观点?

正方形是对称图形,有四条对称轴

以上是小学数学老师告诉我的。

那么,对称是什么呢?

一种经过某种操作后保持不变的性质。

对于正方形来说,沿对称轴旋转180°(z轴)后保持不变

除此之外,还有什么操作能保持正方形的对称性?

显然,(在xy平面)沿几何中心旋转0°,90°,180°,270°

问题来了,为什么旋转360°不算在内?

换句话说,怎么证明旋转360°和旋转0°是等价的?(模运算)


在二维平面里面,操作正方形的方式只有4种,推广到三维,则有8种

那么在曲面?在更高维呢?

这算啥问题?待补充。

回到群论的定义上,把能使正方形对称的操作组成的集合以及相应的操作符(旋转对称,镜面对称)组合起来,就构成了一个群——

群的数学表达待补充,似乎能用矩阵。

八阶二面体群

群论是什么?集合+运算。

继续套用正方形的例子,来阐述群论的四大公理:

集合里的元素:保持正方形对称性的操作(好像这是一句正确的废话)

二元运算:镜面对称和旋转对称  为什么在二面体群的定义里这俩算作一种运算?

(或许我们总是关心运算而忽视了 二元 二字,实际上整个科学大厦大概都在研究“相互作用”这种东西吧)

封闭性:任取两个元素经运算后得到的元素还是在集合里(90°+180°==270°)

结合性:相邻元素之间的先后运算顺序不影响最终结果(这句表述有歧义,但我的问题是,这跟集合的无序性有没有联系?)

单位元:显然正方形不动(旋转0°)就是单位元

逆元:运算后令某个元素变成单位元的一个元素(180°+180°==0°)




显而易见,群有无数种,但有没有办法能将群“数”出来呢?

比方说,⚪的无数种对称操作和物理定律的时间对称性(假定时间可以无限流逝,没有终焉)是不是一样的?(同构?)


以下是我的一条无聊的朋友圈


显然,当时的我并没有听说过群论,但现在回过头来想,为什么我们所在的这个宇宙会满足那么多的对称性?

大概是因为没有这些对称性的宇宙  都很难产生 意识到这个问题的“生物”吧。


群论的实际运用之一:魔方(我不会拧


在解释完以后,小白心里肯定还有一个挥之不去的问题——

“Q群”算群吗?

(加上各种限制,比如说不能踢人不能拉人等,或许真可以在“群”上模拟一个群?)


那么,阅读CINTA,我得到了什么呢?

在此附上舍友MJJ的大作

bintou数论真奇妙

学得我等哇哇叫


这恒河里
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