Большая советская энциклопедия - многомерное пространство

Многомерное пространство, пространство, имеющее число измерений (размерность) более трех. Обычное евклидово пространство, изучаемое в элементарной геометрии, трехмерно; плоскости — двумерны, прямые — одномерны. Возникновение понятия М. п. связано с процессом обобщения самого предмета геометрии. В основе этого процесса лежит открытие отношений и форм, сходных с пространственными, для многочисленных классов математических объектов (зачастую не имеющих геометрического характера). В ходе этого процесса постепенно выкристаллизовалась идея абстрактного математического пространства как системы элементов любой природы, между которыми установлены отношения, сходные с теми или иными важными отношениями между точками обычного пространства. Наиболее общее выражение эта идея нашла в таких понятиях, как топологическое пространство и, в частности, метрическое пространство. Простейшими М. п. являются n-мерные евклидовы пространства, где n может быть любым натуральным числом. Подобно тому, как положение точки обычного евклидова пространства определяется заданием трех ее прямоугольных координат, «точка» n-мерного евклидова пространства задается n «координатами» x1, x2, ..., xn (которые могут принимать любые действительные значения); расстояние r между двумя точками M(x1, x2, ..., xn) и М'(у1, y2, ..., yn) определяется формулой аналогичной формуле расстояния между двумя точками обычного евклидова пространства. С сохранением такой же аналогии обобщаются на случай n-мерного пространства и другие геометрические понятия. Так, в М. п. рассматриваются не только двумерные плоскости, но и k-мерные плоскости (k < n), которые, как и в обычном евклидовом пространстве, определяются линейными уравнениями (или системами таких уравнений). Понятие n-мерного евклидова пространства имеет важные применения в теории функций многих переменных, позволяя трактовать функцию n переменных как функцию точки этого пространства и тем самым применять геометрические представления и методы к изучению функций любого числа переменных (а не только одного, двух или трех). Это и было главным стимулом к оформлению понятия n-мерного евклидова пространства. Важную роль играют и другие М. п. Так, при изложении физического принципа относительности пользуются четырехмерным пространством, элементами которого являются т. н. «мировые точки». При этом в понятии «мировой точки» (в отличие от точки обычного пространства) объединяется определенное положение в пространстве с определенным положением во времени (поэтому «мировые точки» и задаются четырьмя координатами вместо трех). Квадратом «расстояния» между «мировыми точками» М’(х’, y’, z’, t’) и М’’(х’’, y’’, z’’, t’’) (где первые три «координаты» — пространственные, а четвертая — временная) естественно считать здесь выражение (M’ M’’)2 = (x’ - x’’)2 + (y’ — y’’)2 + (z’ — z’’)2 — c2(t’ — t’’)2, где с — скорость света. Отрицательность последнего члена делает это пространство «псевдоевклидовым». Вообще n-мерным пространством называется топологическое пространство, которое в каждой своей точке имеет размерность n. В наиболее важных случаях это означает, что каждая точка обладает окрестностью, гомеоморфной открытому шару n-мерного евклидова пространства. Подробнее о развитии понятия М. п., геометрии М. п., а также лит. см. в ст. Геометрия.