Si las matemáticas se comportan de manera diferente en diferentes dimensiones, ¿cómo los matemáticos desentrañan el comportamiento en más de 3 dimensiones?

Escuché una definición de las matemáticas como “el estudio de cosas imaginadas que son precisas, consistentes y estables en el tiempo” o algo parecido. Muchas disciplinas trabajaron con cosas imaginarias, especialmente las artes, pero no son consistentes. Así que puedo imaginar una línea recta y tú puedes imaginar una línea recta y son lo mismo. Solo dirijo la definición en la radio, por lo que no puedo citarla exactamente, pero puede haber venido de De dónde vienen las matemáticas de Lakoff y Núñez.

Si tomamos esta definición suelta de las matemáticas, es bastante fácil imaginar una línea 1D, un plano 2D, un volumen 3D, un hiperespacio 4D, etc. El hecho de que estas cosas no tengan una realidad física no le importa a un matemático . De hecho, la línea matemática no corresponde a una línea física, ya que la línea matemática tiene un ancho cero y una longitud infinita.

Podemos hacer que estas cosas sean precisas mediante el uso de coordenadas para que un plano sea solo los puntos establecidos dados por dos coordenadas (x, y), un volumen es solo el conjunto dado por tres coordenadas (x, y, z) un hiperespacio 4d está dado por cuatro coordenadas (x, y, z, w).

He oído que hay algunas personas que pueden visualizar objetos 4D. No soy uno de ellos Intentar tener una sensación de espacio 4D requiere trabajo. Puede considerar cortes a través del objeto fijando uno de los valores, lo que le da un corte 3D. Otro método es la proyección, simplemente ignoras uno de los valores.

Una de las muchas proyecciones de un Tesseract. Más allá de los métodos visuales que necesita para hacer algunos cálculos, la topología comienza a ser importante y hay varios cálculos topológicos que pueden ayudar a comprender cómo se comporta el objeto.

Si las matemáticas se comportan de manera diferente en diferentes dimensiones, ¿cómo los matemáticos desentrañan el comportamiento en más de 3 dimensiones?

Las matemáticas no “se comportan de manera diferente en diferentes dimensiones”. Es por eso que los matemáticos pueden generalizar a [matemáticas] n [/ matemáticas] dimensiones donde [matemáticas] n [/ matemáticas] es cualquier número natural, e incluso pueden considerar dimensiones fraccionarias o no finitas .

La visualización puede no ser la mejor manera de razonar en las dimensiones [matemáticas] n [/ matemáticas] ya que nuestro sistema visual ha evolucionado para tratar eficazmente (proyecciones bidimensionales) de tres dimensiones físicas. Personalmente, nunca he encontrado que la visualización sea particularmente útil, incluso en dos o tres dimensiones, pero, una vez más, me gustan los espacios topológicos extraños que desafían positivamente la intuición.

Relacionar las matemáticas estrechamente con las representaciones físicas puede ser beneficioso para aquellos a quienes les gusta visualizar, pero también puede ser muy limitante si no se pueden abstraer las propiedades de su modelo físico. Uno de los mejores libros que describe las matemáticas de las dimensiones que utilizan el espacio euclidiano regular para hacerlo es Flatland: A Romance of Many Dimensions de Edwin Abbot, un libro escrito a fines del siglo XIX pero no reconocido por su brillantez hasta después de que el espacio-tiempo relativista se volviera -rigeur más tarde en el siglo 20.

Tan pronto como alguien menciona la cuarta dimensión, sé que no son matemáticos …

Aquí hay un viejo chiste que podría arrojar algo de luz sobre las cosas.

Un matemático y un físico asisten a una conferencia sobre las teorías de Kulza-Klein, que involucra procesos físicos que ocurren en espacios con dimensiones de 9, 12 e incluso más. El matemático se sienta, sonriendo pero sin tomar notas, mientras el físico garabatea frenéticamente, frunciendo el ceño y mirando generalmente confundido y desconcertado.

Al final, el físico tiene un terrible dolor de cabeza. Luego ve al matemático, sonríe y dice: “¿Entonces tampoco entendió nada de esto?”

“Por el contrario”, responde el matemático, “tenía mucho sentido”.

“Pero, ¿cómo le da sentido a algo que ocurre en el espacio de 9 dimensiones?”

“Fácil”, dice el matemático. “Primero visualízalo en un espacio n -dimensional, luego deja ir a 9.”

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