Afortunadamente, en el siglo XX se pensó mucho en qué dimensión podría ser. Quizás desafortunadamente, el resultado es una gran cantidad de definiciones útiles para diferentes circunstancias. Realmente, sin embargo, solo es apropiado que haya tantas definiciones, dado que hay tantas circunstancias y razones que uno podría querer discutir las dimensiones. La mayoría de estas definiciones tienden a estar de acuerdo con la situación ‘normal’ de una línea, plano o espacio, pero comienzan a diferir en objetos complicados.
El artículo de Wikipedia sobre dimensiones ofrece una visión general razonable, y el libro de Benoit Mandelbrot “La geometría fractal de la naturaleza” es una discusión agradable de algunas definiciones también, con una discusión técnica de algunas otras cerca del final. Pero le daré un par de definiciones que encuentro interesantes, para que pueda sentirlas.
Una forma de medir la dimensionalidad de un objeto es por la velocidad a la que se extiende un ‘impulso’ (onda) a lo largo de él. Digamos que arrancas una cuerda muy larga. La ola se divide en dos, una en cada dirección. El área (longitud, realmente) comprendida entre los dos lados aumenta linealmente (como [matemática] y = x ^ 1 [/ matemática]) con el tiempo. Sin embargo, arrojar una piedra a un estanque crea una onda circular que se hace cada vez más grande. El área abarcada por el círculo aumenta a medida que el cuadrado de la cantidad de tiempo ([matemática] y = x ^ 2 [/ matemática]). En tres dimensiones, el área abarcada por, digamos, una explosión, aumenta a medida que el cubo de la cantidad de tiempo, [matemática] y = x ^ 3 [/ matemática].
- ¿Cuáles son las diferentes formas fundamentales en que se puede crear un fotón?
- ¿Cuál es el origen de las ondas gravitacionales?
- ¿Qué sucederá si se aplica una fuente de voltaje de A / C con frecuencia en espectro visible (digamos 4 * 10 ^ 14 hz) a través de una resistencia en un circuito completamente transparente? ¿Veremos la luz roja (frecuencia 4 * 10 ^ 14 hz) considerando que la luz es una onda electromagnética?
- Para la expansión isotérmica de un gas ideal q = -w ya que delta u = 0 ¿viola la segunda ley de la termodinámica? ¿Si no cómo?
- Un automóvil de 900 kg acelera uniformemente desde el reposo a una velocidad de 30 m / s en 15 segundos. ¿Cuál es su poder?
Por lo tanto, parece perfectamente razonable definir la dimensión como el exponente de la función para la cantidad de objeto alcanzado por un impulso después de un cierto período de tiempo.
Esta definición puede ser útil para redes. Una red está formada por ubicaciones discretas, por lo que no tenemos que preocuparnos por el hecho de que estamos midiendo la cantidad de nuestro objeto cubierto usando algunas suposiciones implícitas sobre lo que estamos midiendo (en el estanque, estamos midiendo área cubierta usando unidades 2D). Por ejemplo, si un virus se propagara completamente sin resistencia de computadora a computadora a través de Internet, simplemente mediríamos la cantidad de computadoras infectadas en función del tiempo, y eso nos diría la dimensionalidad de Internet. Probablemente no sería un número entero como 2 o 3. Técnicas similares pueden medir la dimensionalidad de las redes de amigos o circuitos de computadora.
Otra definición de dimensión que permite valores entre enteros es la dimensión de Hausdorff. Una buena manera de explicarlo es decir que está dividiendo un objeto en piezas cada vez más pequeñas. Midamos el tamaño usando algo como los ‘impulsos’ usados en la última definición, por lo que una pieza del objeto tiene ‘radio’ 1 si cada parte puede ser alcanzada por algún tipo de ‘impulso’ en, digamos, 1 minuto. Pero a diferencia de la última vez, estos impulsos pueden viajar fuera del objeto que estamos midiendo, en algún espacio / objeto ‘que contiene’.
Divida el objeto en piezas de radio 1 (o menos). Luego divídalo en trozos de radio 1/2. Con un segmento de línea, terminaremos con aproximadamente el doble de piezas. Con un polígono, aproximadamente cuatro veces más. Divida el objeto en trozos de radio 1/4. Entonces 1/8. Sigue cortando el radio por la mitad. Eventualmente no obtendrá “aproximadamente” el doble de piezas o “aproximadamente” cuatro veces más, se acercará más y más a una tasa exacta de aumento. Para objetos unidimensionales, esa tasa será 2 ^ 1. Para objetos bidimensionales, será 2 ^ 2. Al igual que con la definición anterior, un exponente nos dice qué dimensión estamos viendo. Un solo punto se dividiría en una sola pieza, sin importar cuán pequeño sea, y por lo tanto tiene dimensión cero. Una colección de varios puntos es igualmente de dimensión cero.
Sin embargo, con los objetos conocidos como fractales, el resultado generalmente no será cero o uno o dos o tres. Los fractales pueden ser de cualquier posible dimensión no negativa.
Esta definición no está de acuerdo con la definición anterior, ya que muchos fractales son solo líneas infinitamente retorcidas, por lo que son ‘realmente’ unidimensionales o colecciones infinitas complicadas de puntos desconectados (‘realmente’ cero-dimensionales). Pero una línea con una dimensión fractal superior a una no tiene ‘longitud’ en el sentido tradicional porque está infinitamente torcida o doblada, por lo que se necesita su dimensión fractal para medirla.
También puede estar preocupado porque hablé de medir el “radio” usando impulsos, que viajan en un espacio “que contiene”. Afortunadamente, no importa mucho qué espacio de contención se use. Dejar que los impulsos viajen hacia afuera, digamos, diez dimensiones no aumenta la dimensionalidad de los objetos.