Autor Tema: El tratamiento formal riguroso del concepto de magnitud

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

16 Junio, 2016, 10:40 pm
Leído 2729 veces

Raúl Aparicio Bustillo

  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 3,113
  • Karma: +0/-3
  • Sexo: Masculino
Aunque intuitivamente es un concepto claro, la formalización del concepto de magnitud no es una trivialidad. Definir una magnitud en abstracto es muy sencillo. Basta considerar unos objetos con una cualidad común, y formar con ellos una clase de equivalencia. Luego hay que considerar el resto de objetos en los que se puede considerar la misma propiedad pero con una cualidad distinta dentro de la misma propiedad . Una propiedad podría ser el color, y sus correspondientes cualidades, pues cada uno de los colores que vemos. En el caso del color no se puede, pero en otras magnitudes, se puede definir una operación +, con las propiedades conmutativa, asociativa y elemento neutro, y bien definida. Si podemos añadir cosas como el elemento opuesto la magnitud es absoluta. Podemos definir el producto por un número natural de la misma forma que se hace con los números naturales. Sea a una cantidad de una magnitud \( n\cdot{a}=n+n+....+n  \) (a veces). Así, por similitud con las operaciones metamatemáticas entre números podemos definir magnitudes racionales, partiendo de la suma y el producto de magnitudes como conceptos básicos. Si podemos partir el conjunto de las cantidades de la magnitud con respecto a un valor de la magnitud, llamemosle b , con una relación de orden estricto, y el resto de cantidades distintas de b son mayores que b o menores que b, entonces la magnitud se llama real o continua. Todo está formalizado y mejor explicado por ejemplo aquí (link gratuito por supuesto, no estoy haciendo propaganda)

http://www.misdocs.com/es/document/preview/oposiciones-secundaria-matematicas-tema-35-las-magnitudes-y-su-medida-fundamentacion-de-los-conceptos-relacionados-con

Sin embargo, aunque se formaliza el concepto de magnitud, no se define formalmente, ya no el producto de 2 magnitudes, cuando magnitudes tan básicas como el area en el caso más sencillo se tienen que multiplicar 2 cantidades de longitud para hallar una cantidad de la magnitud área, sino la division, , derivación (como en el caso de la velocidad instantanea, que también se estudia en la misma secundaria), integración,etc...

¿Conocéis algún texto en el que se formalice con rigor todas estas operaciones perfectamente definidas para números reales pero no para magnitudes? Porque una cosa es que considerando una magnitud escalar  formalmente como el producto de un número real por una unidad de medida, que intuitivamente todos entedemos lo que es y otra cosa es formalizarlo al nivel de rigor que gusta a los matemáticos. Y no digamos ya cuando se trata de magnitudes tensoriales. Aunque bueno, una vez formalizado para magnitudes escalares se puede generalizar de manera rigurosa con la definición de tensor tan rigurosa como sencilla que dio Einstein, a pesar de la cuál, ningún libro de matemáticas considera, y eso que se puede generalizar a espacios de Riemann, cosa que Einstein necesitaba imperiosamente para poder escribir su Teoría de la Relatividad General, y que resolvió de forma tan ingeniosa.

17 Junio, 2016, 09:16 am
Respuesta #1

feriva

  • $$\Large \color{#a53f54}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 12,032
  • País: es
  • Karma: +1/-0
  • Sexo: Masculino
. Aunque bueno, una vez formalizado para magnitudes escalares se puede generalizar de manera rigurosa con la definición de tensor tan rigurosa como sencilla que dio Einstein, a pesar de la cuál, ningún libro de matemáticas considera

No sabía que Einstein tenía una definición especial para los tensores; sí recuerdo vagamente que tenía una manera más cómoda para escribir los subíndices que se repiten en las sumatorias, creo lo simplificaba atendiendo al orden según los colocaba, pero ya digo que lo recuerdo muy mal.

Saludos.   

17 Junio, 2016, 12:31 pm
Respuesta #2

Raúl Aparicio Bustillo

  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 3,113
  • Karma: +0/-3
  • Sexo: Masculino
Sí, aparte los vectores (o bueno, sus coordenadas covariantes) se transforman igual que las derivadas de los escalares con respecto a sus coordenadas covariantes. Los tensores de orden n como los productos de las coordenadas. Él los define así. Rigurosamente, un vector es algo que se representa por unas coordenadas, y esas coordenadas tienen que variar obligatoriamente de esa forma, para que se pueda seguir considerando el mismo vector. De hecho, en los espacios euclideos la definición se simplifica. Las componentes  de un vector cambian como las diferencias de las coordenadas de los puntos al cambiar del sistema de referencia. Vamos, que \vec{AB}=\vec{b}-\vec{a} donde b y a son las coordenadas cartes¡anas de los puntos A, B, escritas en matrices fila generalmente. En espacios euclideos evidentemente es igual a la definición de magnitud definida con una magnitud escalar positivo, una dirección y un sentido, lo que pasa que esa definición en espacios curvos no es muy factible, puesto que al desplazar un vector libre de un punto a otro da 2 vectores diferentes según por donde lo traslades, por eso tuvo que inventar además las derivadas covariantes.

Lo de sumar los indices repetidos de distinto tipo (los covariantes, los de arriba, y los contravariantes, los de abajo) , se llama notación de Einstein

17 Junio, 2016, 01:08 pm
Respuesta #3

geómetracat

  • Moderador Global
  • Mensajes: 4,065
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
Bueno, esa definición de tensor como conjunto de funciones que se transforman de una determinada forma al cambiar de coordenadas es anterior a Einstein. Diría que es de Levi-Civita y Ricci, igual que lo de las derivadas covariantes y demás. Lo de sumar sobre índices repetidos sí que es de Einstein, y eso se sigue usando tanto en física como en matemáticas. Así que en todo caso los que tienen derecho a quejarse son Levi-Civita y Ricci, no Einstein.  ;D

De todas formas hay motivos de peso para no definirlos así y preferir la definición moderna. No es que sea un antojo de los matemáticos. Es que normalmente un matemático está interesado en objetos intrínsecamente geométricos, y para eso es mucho más claro trabajar siempre que se pueda con definiciones que no involucren coordenadas. Además de ser más "elegante" (aunque esto por supuesto es subjetivo), simplifica conceptos y permite demostraciones mucho más rápidas, pues si trabajas con coordenadas siempre tienes que estar comprobando que todo lo que defines se comporta bien bajo cambio de coordenadas. Por ejemplo, es mucho más cómodo para un matemático decir una geodésica es una curva \( \gamma \) que cumple \( \nabla_{\gamma'} \gamma' = 0 \), que decir que una geodésica es una curva que en un sistema de coordenadas satisface una cierta ecuación que involucra los símbolos de Christoffel. Lo primero tiene un sentido geométrico evidente (el vector tangente a la curva es transportado paralelamente a lo largo de la curva), lo segundo no es tan aparente. En cualquier caso, en (casi) todos los libros matemáticos de geometría diferencial te explican la versión en coordenadas de los tensores (y cómo se deduce la expresión de cambio de coordenadas a partir de su definición sin coordenadas), pues en el momento en que quieras hacer cálculos concretos vas a tener que usarla.

Por otro lado, un físico obviamente va a estar más interesado en trabajar con coordenadas, pues al final lo que quiere es poder calcular las cantidades físicas que mide un observador concreto, y ese observador lleva asociado un sistema de coordenadas. Por tanto un físico siempre va a preferir las definiciones con coordenadas.
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

17 Junio, 2016, 02:22 pm
Respuesta #4

feriva

  • $$\Large \color{#a53f54}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 12,032
  • País: es
  • Karma: +1/-0
  • Sexo: Masculino
Bueno, esa definición de tensor como conjunto de funciones que se transforman de una determinada forma al cambiar de coordenadas es anterior a Einstein. Diría que es de Levi-Civita y Ricci, igual que lo de las derivadas covariantes y demás. Lo de sumar sobre índices repetidos sí que es de Einstein, y eso se sigue usando tanto en física como en matemáticas. Así que en todo caso los que tienen derecho a quejarse son Levi-Civita y Ricci, no Einstein.  ;D


Pero yo no decía eso, decía esto

https://es.wikipedia.org/wiki/Convenio_de_suma_de_Einstein

Salduos

17 Junio, 2016, 02:29 pm
Respuesta #5

geómetracat

  • Moderador Global
  • Mensajes: 4,065
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
Bueno, esa definición de tensor como conjunto de funciones que se transforman de una determinada forma al cambiar de coordenadas es anterior a Einstein. Diría que es de Levi-Civita y Ricci, igual que lo de las derivadas covariantes y demás. Lo de sumar sobre índices repetidos sí que es de Einstein, y eso se sigue usando tanto en física como en matemáticas. Así que en todo caso los que tienen derecho a quejarse son Levi-Civita y Ricci, no Einstein.  ;D


Pero yo no decía eso, decía esto

https://es.wikipedia.org/wiki/Convenio_de_suma_de_Einstein

Salduos

Ya, estaba respondiendo a Raúl que decía que la definición de tensor en coordenadas y la derivada covariante eran de Einstein, y no lo son. Lo del convenio de Einstein sí que es suyo, y se sigue usando mucho tanto por matemáticos como por físicos.
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

17 Junio, 2016, 02:39 pm
Respuesta #6

feriva

  • $$\Large \color{#a53f54}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 12,032
  • País: es
  • Karma: +1/-0
  • Sexo: Masculino



Ya, estaba respondiendo a Raúl que decía que la definición de tensor en coordenadas y la derivada covariante eran de Einstein, y no lo son. Lo del convenio de Einstein sí que es suyo, y se sigue usando mucho tanto por matemáticos como por físicos.
Ah, perdón, lo siento, no me había dado cuenta.

Saludos.

17 Junio, 2016, 11:49 pm
Respuesta #7

Raúl Aparicio Bustillo

  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 3,113
  • Karma: +0/-3
  • Sexo: Masculino


Ya, estaba respondiendo a Raúl que decía que la definición de tensor en coordenadas y la derivada covariante eran de Einstein, y no lo son. Lo del convenio de Einstein sí que es suyo, y se sigue usando mucho tanto por matemáticos como por físicos.

Gracias por la corrección. Aunque por favor, si alguien sabe algo de mi pregunta original, todos multiplicados, dividimos, derivamos integramos y hacemos las mismas operaciones con magnitudes escalares y tensoriales como con los números reales y complejos, y formalmente funciona, pero no he visto en mi vida un libro de Física que lo justifique. No tengo la menor duda de que es correcto hacerlo pero me extraña que a los matemáticos nunca les haya chirriado este asunto, ni se hayan preocupado de formalizarlo