Metric Structures for Riemannian and Non-Riemannian Spaces

Metric Structures for Riemannian and Non-Riemannian Spaces pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Birkhäuser Boston
作者:Mikhail Gromov
出品人:
页数:606
译者:S. M. Bates
出版时间:2006-12-22
价格:USD 54.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780817645823
丛书系列:Modern Birkhäuser Classics
图书标签:
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具体描述

This book is an English translation of the famous "Green Book" by Lafontaine and Pansu (1979). It has been enriched and expanded with new material to reflect recent progress. Additionally, four appendices, by Gromov on Levy's inequality, by Pansu on "quasiconvex" domains, by Katz on systoles of Riemannian manifolds, and by Semmes overviewing analysis on metric spaces with measures, as well as an extensive bibliography and index round out this unique and beautiful book.

理论物理与几何分析前沿探析:广义几何空间的度量理论 本书导览: 本书深入探讨了现代微分几何、黎曼几何以及更广义的非黎曼几何空间中,度量结构(Metric Structures)的核心理论与应用。它旨在为物理学家、数学家以及高级研究生提供一个全面、严谨的框架,用以理解和分析那些超越传统欧几里得或黎曼几何范畴的复杂几何环境。我们将超越教科书式的介绍,聚焦于度量在描述空间拓扑、曲率以及内在动力学行为中的关键作用,特别是在处理非完整(non-integrable)结构和拓扑场论背景下的几何挑战。 第一部分:基础架构与黎曼几何的深化 本卷首先回顾了微分流形上的基础结构,但很快将重点转向黎曼几何的精深领域。我们不会停留在基础的黎曼度量定义上,而是深入研究: 1. 联络与曲率的精炼: 详细剖析了爱因斯坦-卡坦(Einstein-Cartan)理论的几何基础,区分了黎曼几何中纯粹的黎曼曲率(Riemann Curvature Tensor)与更一般的非度量联络(Non-metric Connections)所引入的扭率(Torsion)和非对称性。我们探讨了拓扑荷(Topological Charges)如何通过这些曲率的积分形式(如陈类 Chern Classes)体现出来。 2. 测地线流与动力学: 测地线不再仅仅是“最短路径”的直观体现,而是动力系统在弯曲空间中的体现。本书研究了测地线偏微分方程的稳定性分析,包括哈密顿力学在弯曲时空中的推广形式,以及如何利用李导数(Lie Derivatives)来研究度量对称性(Isometries)。特别关注了测地线偏离方程(Geodesic Deviation Equation)在描述潮汐力时的精确形式。 3. 黎曼度量下的变分原理: 详细考察了希尔伯特-爱因斯坦(Hilbert-Einstein)作用量以及高阶修正项的结构。讨论了如何使用黎曼几何工具(如Hodge理论、Weyl张量分解)来分析真空场方程的解的几何性质,包括引力子(Gravitons)的传播背景。 第二部分:非黎曼空间的几何挑战 本书的核心贡献在于对“非黎曼空间”的系统性描述。这类空间广泛出现在规范场论、超对称理论以及广义相对论的非度量延伸中。 1. Finsler几何:庞加莱空间之后的度量扩展 Finsler空间是对黎曼空间的直接推广,其中度量依赖于位置和速度(或方向)。本书重点分析了: Finsler函数与光学几何: 如何从标量函数构造出光滑、正定的 Finsler 函数。探讨了“光锥”结构(Conic Structure)在 Finsler 空间中的奇异性,以及它与非线性电磁学中传播速度的联系。 Finsler张量与曲率: 引入了度量张量 $g_{ij}(x, y)$ 和 Finsler 函数 $F(x, y)$ 之间的关系。讨论了比黎曼曲率更复杂的 Finsler 曲率张量(如 $C$-张量和 $H$-张量)如何描述空间在不同方向上的差异性。 测地线理论的重构: 研究了 Finsler 几何中的“ Finsler 测地线”方程,并分析了这些路径在非对称度量下的特性,特别是与卡丹-斯托克斯(Cartan-Stoke)公式的关联。 2. 规范流形与联络几何 在规范场论中,度量往往是背景无关的,而空间结构由联络场决定。本书探讨了: 非度量联络与扭率: 深入分析了具有非零扭率的几何结构,例如庞加莱规范理论(Poincaré Gauge Theory)或超引力(Supergravity)中的背景结构。我们考察了如何在非度量(Non-metricity)的条件下,仍然保持一种可操作的“有效度量”概念。 Kähler 几何与复结构: 在处理卡拉比-丘(Calabi-Yau)流形或Kähler流形时,复结构与度量间的正交性至关重要。本书讨论了Kähler度量如何通过复结构张量 $J$ 与黎曼度量的相互作用,以及其在弦理论紧致化中的作用。 3. 辛几何与相空间结构 辛(Symplectic)结构,虽然本身不包含长度信息,但却是描述经典力学相空间的基本结构。本书探讨了如何将辛几何与度量结构结合起来: 辛-黎曼流形: 研究了在辛流形上引入兼容的黎曼度量时的几何约束。这在量子化过程(特别是几何量化)中起着关键作用。 兰道-李夫希茨(Landau-Lifshitz)结构: 分析了非线性波动方程的哈密顿形式,其中有效度量结构源于流体动力学或磁流体力学中的非线性耦合。 第三部分:度量理论的应用与高级工具 1. 拓扑场论与几何的关联 度量结构的变化直接影响到场论的可重整化性和拓扑不变量。 热力学极限与引力: 考察了 AdS/CFT 对偶背景下,度量如何在边界理论的共形场论(CFT)中表现出来。重点分析了黑洞熵的几何起源,即视界面积(Area of Horizon)与希尔伯特空间维度的关系。 形变理论(Deformation Theory): 研究了在度量张量上进行微小形变时,空间曲率和特征值如何响应,这对于理解背景独立性至关重要。 2. 谱几何的视角 我们将度量视为一个二阶微分算子(拉普拉斯-贝特拉密算子 $Delta_g$)的系数。 谱不变量: 讨论了如何仅通过测地线的谱(即 $Delta_g$ 的特征值)来重建某些几何信息(如曲率的平均值),并分析了在非黎曼空间中谱性质的复杂性。 非交换几何的初步接触: 简要介绍了康德尔-迪克斯(Connes-Dixmier)对度量结构在非交换代数层面的推广,作为未来研究方向的指引。 总结与展望: 本书通过对黎曼几何的深入挖掘和对 Finsler 几何、规范几何等非黎曼结构的系统性构建,提供了一套统一的数学语言来描述物理学中广泛存在的弯曲和各向异性空间。它不仅是微分几何的进阶读物,更是连接广义相对论、规范场论以及现代数学物理研究的桥梁。读者将掌握分析复杂度量张量和非完整联络的能力,为处理前沿的量子引力模型奠定坚实的几何基础。

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用户评价

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这本书的叙事风格有一种独特的、近乎辩论式的说服力。它很少使用“显然”或“众所周知”这样的词汇,而是坚持用最清晰、最无可辩驳的逻辑链条来构建每一个论点。这使得它在讨论那些充满争议和尚无定论的研究前沿问题时,显得尤为可靠。我尤其喜欢它在介绍新概念时,总是先从其局限性出发,然后逐步完善定义,直到最终构建出一个稳固的理论体系。这种“先破后立”的写作手法,极大地增强了读者的批判性思维能力。关于曲率的广义定义部分,作者巧妙地将黎曼几何中的里奇曲率和更一般的张量场联系起来,展示了不同几何理论之间的深层同源性。对于那些寻求建立连接点、打破学科壁垒的理论物理学家或高级几何学家而言,这本书提供的连接桥梁是无价的。它不仅告诉你“是什么”,更告诉你“为什么是这样”,并且论证了“为什么不能是别的方式”。

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这本书的排版和符号约定简直是一场视觉盛宴,完全摆脱了那种传统教科书的枯燥感。我必须承认,我最初被其封面设计吸引,但随后的阅读体验更是超出了我的预期。作者对“结构”二字的理解,已经上升到了哲学的高度。它不只是关于度量张量,更是关于如何在一个拓扑空间上构建一个可测量的、可微分的框架。特别让我印象深刻的是,书中对“不规则”空间的讨论,那些没有完备光滑结构的区域,作者是如何通过局部化和切空间的概念来维持数学分析的有效性的。这种处理方式,让我对传统微积分的适用范围有了全新的认识。书中穿插的一些历史注释也非常到位,它没有生硬地堆砌理论,而是巧妙地将理论的诞生背景融入叙述中,使得知识点不再是孤立的,而是有血有肉的数学发展史的一部分。如果说很多几何书籍是冷峻的数学报告,那么这本则更像是一位经验丰富的向导,耐心地带着你穿越复杂的学术丛林,每走一步,都清晰地标明了方向和意义。

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我花费了大量时间去研究这本书中关于“准度量”和“超度量”的章节,这部分内容在现有的教材中是极其罕见的。作者似乎有意避开了所有“舒适区”,直面了那些在度量空间理论边缘游走的困难问题。我尤其欣赏作者在处理非对称性和非三角不等式时的细致入微。他们不仅给出了理论上的处理框架,还提供了具体的数值计算方法作为辅助,这对于应用数学背景的人来说简直是救命稻草。书中关于度量结构在特定积分几何中的应用实例,比如某些非阿基米德域上的几何化尝试,其深度令人咋舌。我甚至需要借助外部文献来辅助理解部分引申的结论,但这本书提供的视角是独一无二的,它为你搭建了一个全新的视角去审视这些“怪异”的空间。它不是一本适合速读的书,更像是一本需要反复研读的工具书,每次重读都会有新的领悟,仿佛在探索一片尚未完全测绘的数学大陆。

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坦率地说,初次接触这本书时,我被其中大量的希腊字母和高阶微分算子吓退了。然而,一旦我坚持度过了前三个章节,我发现作者在构建这些复杂符号背后,隐藏着极其清晰的物理直觉和几何画面感。书中关于测地线的“最短路径”定义在非度量空间中的扩展,是全书的精华之一。作者并未简单地将定义套用到新空间上,而是深入探讨了“路径能量”泛函的变分原理在这些环境下的失效与重建过程。这种对变分法的深刻理解,体现在对边界条件的精妙处理上。我甚至开始用书中的框架去重新审视我正在进行的一些数值模拟中的误差来源,发现之前很多基于欧氏直觉的假设,在作者描绘的更广阔的度量空间里是站不住脚的。这本书无疑是一部具有里程碑意义的专著,它不仅拓宽了我们对空间结构认识的边界,更重要的是,它为我们提供了一套在这些新边界上进行可靠数学探险的地图和指南针。

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这本书简直是数学分析领域的一颗璀璨明珠!它以一种近乎诗意的精确度,将那些抽象的几何概念具象化。我花了整整一个周末沉浸在它的文字和公式之中,感觉自己的思维被重新塑造成了一种全新的形态。作者对于流形上度量结构的处理,尤其是那些在传统黎曼几何教科书中常常被一笔带过、只给出基础框架的非黎曼情形,给予了极其深入细致的剖析。特别是关于 Finsler 几何和 Finsler 空间中测地线方程的推导,其逻辑的严密性和推导的流畅性,让我这个原本对这部分内容感到头疼的读者豁然开朗。书中的例证选择极其巧妙,既有经典的欧几里得空间上的光滑变形,也有一些非常前沿的、与广义相对论和信息几何交叉的非典型例子。阅读过程中,我强烈感受到作者不仅仅是在传授知识,更是在引导读者去“感受”这些空间是如何在其内在结构上自我定义的。那种层层递进的论证,就像剥洋葱一样,每剥开一层,都能看到更深层次的数学美感。强烈推荐给所有希望从“知道”黎曼几何过渡到“理解”更广义度量空间的学者和研究生。

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