news 2026/4/16 17:49:41

四元数散度和旋度-8

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张小明

前端开发工程师

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四元数散度和旋度-8

先前给出了简单的三轴垂直关系。实际上只是半个三轴,若要补全三轴,则只需要在相反的方向上加一个负号,也就是乘以虚数单位的平方,

比如说 z 轴的正方向相对于 x 轴的正方向要乘以,那么它的负方向,相对于 x 轴就要乘以。不过这是假定 x 轴的正方向为 1 的前提下,而考虑到四元数中 x 的单位为虚数单位,那么图中的各个数量都得乘以倍,

各个轴和虚数单位幂次的对应为,

这里出现了相等的情况,应当调整,根据对称性调整为,

为了保持正的幂次大于负的幂次,将 z 的方向颠倒,

于是得到这些正反方向对应于虚数单位的幂次,

这个模式中缺少 +3 和 +5 次,若要添加,只能放在 x 轴上,

还有原点,我们把原点作为虚数单位的 0 次,

这样的话,从 0 到 6 的虚数单位的 7 个幂次,都在这个图上了。其中 x 上叠加了 3 和 5 两个高次幂。也从相对叠加到。如果要把也加上,那么也只能放在,

加上是因为 0 到 7 正好 8 个幂次,两个周期。另外加在,也说明了具有特殊的意义,后面具体讨论。

现在考虑一个单位四元数,

所谓单位,就是每一个进制位上都是 1 ,或者单位向量,

对照上面的方向,

但 x 和 y 都出现了两次,所以这个方法是不对的,应当将 0 次幂对应于原点, x 和 y 和 z 各自出现一次,

但情况不如所愿,其中对应在了 0 次幂上,而没有对应物。但是我们对这个数量并不陌生,因为有,

所以,

由于其它轴都是长度,这个数是时间比长度得到一个纯数,所以这个数实际上就是时间(注意这里还有)。现在考虑任意四元数,

它的四维坐标形式为,

按照 x,y,z,t 的顺序为,

我们知道,作为时间,它对应的空间长度在上,而作为坐标, x 轴上不能有两次映射,所以的三维坐标不能含有,那么它的三维坐标就只能是,

需要指出的是,,也就是每一个分量的取值,是有范围的,从

也就是下一个层次的单位之间具有 0 到的取值范围,

如果达到虚数单位,就相当于,

变成了,

x 坐标就变成了 t 坐标, y 坐标变成了 x 坐标, z 坐标变成了 y 坐标。如果把这些坐标的变化量都除以对应的时间,这个坐标就成了一个速度场,可见这个速度场是有极限的,极限就是坐标不能换位置,而这就是光速的作用。

对于点

来说也可以不考虑时间坐标,只考虑其它三个坐标,也就是,

这三个坐标分量,不考虑轴对应的虚数单位幂次,只考虑单位的倍数,则两两可以构成角度的正切值,

对应于角度的三个顶点连接,可以构成一个三角形或者一个平面。也就是说,一个四元数(超复数),注意是一个四元数,在不考虑其时间分量的前提下,就可以对应于一个平面(的方向)或者一个三角形(以及其法线方向)。

假定我们用一个 3D 系统绘制一个球面。显然我们要给出一系列的三角形。构成三角形需要三个点的坐标,每一个点需要 xyz 三个维数上的分量,所以绘制一个三角形,需要 9 个数。但是绘制两个相邻的三角形,就可以通过公用一条边,省去两个坐标,也就是 6 个数,那么两个三角形用 9+9-6=12 个数就可以描述。

而如果我们给出相邻的标架,假定标架都是局部的小标架,且彼此相邻,彼此正方向之间存在一定的空间角度,那么我们可以借助标架用三个数就描述一个三角形,也就是说,用一个三维向量就可以描述一个三角形,而相邻的标架又给相邻的向量构成相邻的三角形提供了条件。只需要连续的略微旋转标架,就可以给出构成连续三角形的骨架,再在这个骨架上贴上描述的三角形,就可以构成一个球面。我们用时间维数来指导骨架的连接和连续转动,用若干完成对骨架的局部贴图,这样的话就可以用上所有的维数。

局部的骨架是观察者假定的,旋转的过程是时间维数指导的,局部骨架的贴图是空间维数描述而构成的。换句话说,我们用一大堆具有某种时空连续性的四元数,就可以构成一个球面,或者说一个球(考虑庞加莱猜想,以及世界模型)。

点 p 相对于局部的原点,可以作为一个向量来理解,

如果对其时间分量做归一化处理,就得到了

这是一个由若干点 p 描述的速度矢量场,按照 xyz 顺序,

同样的向量场,若考虑的等位性,则可以得到,

由于

两者即是相等的,又是不相等的。在 4 周期虚数单位的前提下,两者相等,若考虑虚数单位的实际值,则两者大小相差极大,

这就使得向量场本身就具有一个“前进”的速度,或者说时间的速度。从对应的对应的本身就存在一个变化或者加速的过程。这也可以从,

的方向体现出来,这个方向就是速度场随着时间运动的正方向。由于包括时间在内的所有坐标轴都是类时的,所以这就是一个周期从长到短,频率从低到高的频率提升过程。

以上说的是速度矢量场,可以认为是一个物体在平动的速度的体现。那么转动呢?现在我们要把物体的运动正方向从转到,或者。正如先前所说的,正如先前所说的,只需要将其乘以或者即可实现直角转弯,

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