¿Alguien alguna vez definió una ‘dimensión’ como una pieza de información independiente de una manera matemática?

¡Seguro! Cuando tomas un curso de álgebra lineal, una de las cosas que aprenderás es la dimensión de algo llamado espacio vectorial. Esencialmente, un espacio vectorial es solo una colección de cosas que llamamos vectores junto con algunos otros requisitos para hacerlo matemáticamente preciso.

El espacio con el que está familiarizado (longitud, altura, ancho, etc.) es un espacio vectorial conocido como R3 y tiene dimensión 3. Pero muchas veces en física hablamos de espacios vectoriales con dimensiones diferentes de 3.

Tiene razón en que las partículas subatómicas no pueden describirse realmente con ancho, largo, etc., pero en la mayoría de las aplicaciones prácticas no nos importa el tamaño de esas partículas de todos modos, y suponemos que son puntos. De hecho, los puntos son una especie de espacio vectorial de 0 dimensiones.

Así que toma cualquier libro de texto universitario estándar sobre álgebra lineal y comenzará a tener sentido. No es necesario ningún cálculo para entenderlo.

La definición matemática normal de “dimensión” es:

El número de vectores básicos necesarios para abarcar un espacio vectorial

Es decir, necesita tres vectores (generalmente [matemática] \ hat {x} [/ matemática], [matemática] \ hat {y} [/ matemática] y [matemática] \ hat {z} [/ matemática]) para abarcar Espacio tridimensional normal.

Esto le permite identificar cualquier posición en el espacio, utilizando alguna combinación de esos tres vectores.

Ok, pero un objeto no solo se define por su posición. También me gustaría definir su velocidad en ese punto. Esto significa que necesito tres vectores más, que llamaremos [math] \ hat {v_x} [/ math], [math] \ hat {v_y} [/ math] y [math] \ hat {v_z} [/ matemáticas]

Así que ahora puedo definir dónde y qué tan rápido es mi partícula.

Pero eso no me dice acerca de una carga de información: de qué color es (para computadoras este es otro vector 3D), qué tan caliente está (información 1D), etc.

Rápidamente vemos que la definición física de una dimensión necesita una definición ligeramente más matizada:

Una dimensión es cualquier información física individual sobre un sistema.

Podemos unir estas dos definiciones mapeando la totalidad de la información sobre un objeto en un “espacio de información”, y luego nuestras dimensiones son los vectores básicos de este espacio de información.

En realidad, nunca decimos que estamos haciendo eso, a menudo simplemente agregamos dimensiones a medida que lo deseamos (la mecánica estadística se realiza casi exclusivamente en el espacio de fase 6D) y si la dependencia del tiempo es un factor, aumentamos esto. a 7D)

En cuanto a su afirmación de que la altura y la longitud realmente no importan a nivel atómico, no estoy de acuerdo, es esencial cuando hace la mecánica cuántica de un átomo que lo hace en 3D.

Por ejemplo, los condensados ​​de Bose-Einstein solo funcionan en 3D. En un sistema 2D, no aparecen. ¡Prueba de que un tratamiento 3D es vital para una buena comprensión de la física atómica!

Editar: como ha sido señalado por Guntur Wijayanto en los comentarios, la declaración anterior sobre los BEC solo es válida para la configuración estándar, infinita y potencial de cubos: agregar potenciales al Hamiltoniano puede permitir que los BEC existan en dimensiones más bajas, pero nuevamente , un ejemplo interesante de cómo la dimensionalidad es importante a nivel atómico

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