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《數學心》第325章 裡奇的流形
  1884年,裡奇-庫爾巴斯托羅(-Curbastro)開始了關於絕對微積分(absolute differential calculus)的工作。

  1900年,列維-齊維塔(Levi-Civita)和裡奇-庫爾巴斯托羅(-Curbastro)出版了《絕對微積分方法及其應用》(Méthodes de calcul differential absolu et leures ),其中他們建立了張量理論,15年後在廣義相對論中用到。

  裡奇流是裡奇命名的一個方程。用它可以完成一系列的拓撲手術,構造幾何結構,把不規則的流形變成規則的流形。

  裡奇流的力學幾何解釋就是:內在的曲率變化就是封閉流形的度規變化的原因。從而,把局部內在轉動歸結為封閉流形位形幾何演化的內在原因。

  對連續介質力學而言,對dg/dt 可以作出應變的對應解釋。

  而在幾何上,對於曲率變化,可以做出局部內在轉動的解釋。

  這樣,如果把裡奇流方程的左邊的低階近似完全對應於應變概念,則對裡奇流的力學幾何解釋就是:內在的曲率變化就是封閉流形的度規變化的原因。

  從而,把局部內在轉動歸結為封閉流形位形幾何演化的內在原因。

  如果這個內在轉動不為零,則封閉流形會演化下去,隻到達成一個平衡位形。

  一般而言,外部的物理作用由一個泛函f引入,從而,完整的、在外場作用下的方程為:

  dg/dt=-(g)-2ddf(R)。

  這樣,對特定的外場,就有一個特定的平衡位形。

  與連續介質力學不同,應力的概念被一個依賴於曲率的泛函局部二階微分特性給定了。

  這多少與格林應力是等價的。

  而在連續介質力學中,一個長期以來的難題是如何定義物質微元的幾何屬性。

  這個物質微元是封閉的3-流形。

  從而,流方程把微元閉流形的變化與連續介質的宏觀位形變化連續了起來。

  而在經典的連續介質力學中,微元物質是被隱涵的假定為三個1-流形的直和。

  那是最為簡單的情況,這是特例。此時,各向同性假定是必須引入的。

  但是,各向異性就象一個幽靈,緊隨大變形而來,如接受,就與前提矛盾;如不接受,又與客觀事實矛盾。因而,理性力學一直在這個問題上糾結不清。

  在上世紀50年代後,一個流形的概念是把物質微元看成是一個2-流形與一個1-流形的直和。這就是所謂的:有極介質。它的最終成果就是液晶。

  一個更為普遍性的介質是:具有某種旋轉對稱性的各向異性介質。(旋轉對稱軸是1-流形,旋轉曲面是2-流形。)

  對任意的微元為3-流形的介質,唯一的辦法是引入先天性的3個獨立矢(或者是任意的3-流形g(0)。)而這就是流。

  這樣的一種描述才是現代材料科學所需求的連續介質力學的最基本的理論體系。

  我國力學家陳至達建立的理性力學理論體系事實上就是按引入先天性的3個獨立矢來構造的。

  但是,隻完成了幾何部分,沒有建立相應的外場介入形式,而流方程恰恰是一個最為有力的補充。這樣,一個更為深刻的理論構造方向就大門洞開了。

  事實上,Truesdell, Noll,等等的後期理性力學一致的指向:連續介質力學的微元物質概念。

  我們能夠看到的是:流概念建立於上世紀80年代,在幾何上並沒有超前於理性力學。但是,在物理原因的描述上的確是超前於理性力學。

  換句話說:流概念為理性力學與現代物理的結合打開了一扇大門,而陳理性力學是與流概念協調的變形力學體系。我走在了正確的道路上。這是值得自豪的。
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