物理学+数学:旋量简介

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Clifford代数

和Clifford代数联系紧密的是四元数 [公式] ,它是 [公式] 上的4维线性空间,在四元数的乘法下成为代数。取一组基 [公式] ,那么四元数的乘法按 [公式] 定义。四元数和 [公式] 群有紧密联系。通常,由Pauli矩阵 [公式] , [公式] 和 [公式] ,可以取 [公式] 为Lie代数 [公式] 的一组基。从而 [公式] 中的元素都可以写成 [公式] ,其中 [公式] , [公式] , [公式] 且 [公式] 。易验证 [公式] 是单位阵。应用指数映射, [公式] 的单参数子群为 [公式] ,由于矩阵Lie群可以展开为Taylor级数,所以有 [公式] ,从而 [公式] 的矩阵均形如 [公式] ,其中 [公式] , [公式] 。易看出 [公式] ,所以实际上这四个参数构成了球面 [公式] ,即 [公式] 。四元数有忠实表示 [公式] 。令 [公式] ,[公式] ,那么四元数 [公式] 表示为 [公式] 。

令 [公式] 是代数,不妨将其上的二元运算看成乘法。称子代数 [公式] 是左理想,若 [公式] 和 [公式] 使得 [公式] 。若是右理想,则 [公式] 。若同时是左理想和右理想,则称它是双边理想。显然,交换环上定义的交换代数本身就是交换环,所以在给定双边理想后,可以按环论中的做法,引入商环。给定交换环上的环 [公式] 和其双边理想 [公式] ,定义等价关系 [公式] 若 [公式] 。这样可以直接记等价类为 [公式] 。所有等价类的集合再次构成环,其加法按 [公式] 定义,乘法按 [公式] 定义。称这个环是商环,记作 [公式] 。若 [公式] 是代数,那么是交换环,并且商环 [公式] 也是交换环,进而是代数。称代数 [公式] 是因子代数。我们要指出,外代数实际上就是张量代数的因子代数。对于有限维线性空间 [公式] ,令 [公式] 是只有下标的张量代数, [公式] 是所有形如 [公式] 的和构成的双边理想,其中 [公式] , [公式] 。容易验证 [公式] 是双边理想,并且 [公式] 。为了说明这一点,注意到商环的定义,它实际上是让理想消灭了,那么我们理应让对称形式消灭,只留下交错形式。据定义,取 [公式] ,那么 [公式] ,从而 [公式] 。对于 [公式] ,有 [公式] ,若其中两个分量相同,则 [公式] ,这就表明确实只剩下了交错形式。注意到,虽然代数 [公式] 和理想 [公式] 都是无穷维的,但因子代数却是有限维的。