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旋量

旋量是一個數學和物理學的概念,具體內容如下:

在數學和物理學中,旋量被定義為復矢量空間中的元素,是自旋群的表象。它們類似於歐幾里得空間中的矢量或更廣義的張量,在空間進行無限小旋轉時,旋量會進行相應的線性轉換。這種轉換在經歷一系列小旋轉或大量旋轉後,可能會以不同的順序產生不同的結果,這與矢量或張量的行為不同。例如,當一個物體在三維空間中旋轉360度時,矢量會回到原來的方向,而旋量則會經歷正負號的變換,這是旋量的一個重要特性。

旋量的概念最早由埃利·嘉當於1913年引入幾何學,在20世紀20年代,物理學家發現旋量對於描述電子等次原子粒子的內稟角動量或自旋非常重要。旋量群是所有與旋轉相關的旋量的集合,它二重覆蓋了旋轉群,因為每種完整的旋轉結果都有兩種不同但等效的旋轉方式。旋量通常被描述為「矢量的平方根」,因為它們出現在兩個相同旋量表示的張量積中。

旋量有兩種主要的構建方法,分別是表示論架構和幾何架構。在表示論中,旋量被視為正交群李代數中的某些群表示的元素,這些群表示不能通過常規張量構建。在幾何架構中,旋量可以直接構造並檢查其在相關李群操作下的行為。這兩種方法各有優點,前者提供嚴格的數學基礎,而後者則提供直觀理解。

旋量也出現在其他領域,如機器人學和機械工程中,用於描述剛體運動的旋轉和力。在這些套用中,旋量被稱為運動旋量或力旋量,它們是描述剛體上一點角速度和速度(或力和扭矩)的向量。