Сегодня речь пойдёт о принципиально новой единице измерения длины, основанной не на абсолютном значении расстояния от одной точки пространства до другой, а на отношении длин. Сначала давайте вспомним такое понятие как единичный отрезок. Это одна из фундаментальных базовых абстракций математики. На этом понятии основано бесконечное множество геометрических построений. Проблема единичного отрезка хорошо известна не только всем математикам, но и абсолютному большинству простых людей, которые хоть раз в жизни что-нибудь измеряли, например, с помощью шагов. Выбор единиц измерения для определения длины конкретного отрезка процедура совершенно необходимая, если конечно нас интересует конечный результат измерения. Вместе с тем, привязка абстрактной математической длины или расстояния к конкретному инструменту измерения, не так безобидна, как может показаться на первый взгляд. Выбор конкретных единиц измерения превращает многие геометрические задачи на построение циркулем и линейкой в нерешаемые. Вспомните знаменитую нерешаемую задачу трисекции угла. Она нерешаемая только потому, что для её решения нельзя использовать линейку с делениями. Необходимость использования единиц измерения, возникающая всякий раз, как только мы пытаемся формальное математическое решение трансформировать в конкретное значение длины в нужных нам единицах измерения, ставит нас перед жёстким выбором – либо решение частной конкретной задачи, либо никакого решения совсем. Так, например, при извлечении корня квадратного с помощью циркуля и линейки нам необходим единичный отрезок для подстановки его в теорему Пифагора.
Какие бы единицы измерения мы не выбрали для единичного отрезка, нам всё равно понадобится линейка с делениями, проградуированная в этих единицах измерения. Следовательно, такое решение из общего становится частным автоматически. Оно даёт правильный ответ только для выбранных единиц измерения. С точки зрения здравого смысла этого вполне достаточно для практических нужд человека. Но математика дама требовательная и где то даже капризная когда речь заходит о формальном соблюдении её правил. Поэтому использование единиц измерения в математике вещь недопустимая. Это вам не физика. Совершенно очевидно, что для преодоления этого размерного проклятия нужна безразмерная единица, позволяющая оперировать абстрактной длиной без привязки к каким либо конкретным единицам измерения. Самое интересное, что решение этой проблемы известно человечеству с незапамятных времён. Оно состоит в том, что бы вместо абсолютного значения длины в конкретных единицах измерения использовать половину реального отрезка, с которым в данный момент производятся вычисления. Мы проделываем эту операцию всякий раз, когда делим пополам отрезок произвольной длины с помощью циркуля и линейки.
Но по неизвестным причинам, широкого распространения этот подход в математике и геометрии не получил. Хотя, казалось бы, чего проще – разделил любой отрезок пополам вот тебе и безразмерный единичный отрезок.
Численно ео всегда равен 0,5 L (половине длины исходного отрезка). Поэтому в каком-то смысле 1 ео можно считать константой или коэффициентом, к которым царица наук относится вполне благосклонно. При видимой простоте и даже некоторой легковесности предлагаемого подхода, он даёт нам возможность использовать абстрактную длину для очень даже серьёзных и можно даже сказать уникальных расчётов.
Как уже было показано выше, длина любого физического отрезка всегда может быть представлена как 2 ео. Какой-бы отрезок мы не взяли для расчётов, его длина всегда равна двум. Несмотря на кажущийся абсурд и абсолютную практическую бессмыслицу такой математической абстракции, предлагаемый подход может оказаться очень удобным для формальных математических расчётов. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить теорему Пифагора и дать ответ на вопрос - как длина гипотенузы прямоугольного треугольника зависит от единиц измерения длины? Правильно – никак! С точки зрения математики длина гипотенузы равна корню квадратному из суммы квадратов катетов. Геометрическая интерпретация этого утверждения заключается в том, что для любых двух катетов мы с помощью циркуля и линейки всегда можем построить гипотенузу этого прямоугольного треугольника, не прибегая к прямым измерениям фактических длин отрезков. А уже после построения, если захотим, то определим длину каждой стороны в футах, локтях, или метрах с помощью соответствующей мерной линейки. Безусловно, безразмерный единичный отрезок будет настоящим спасением для всех геометрических построений, использующих такое понятие.
Продолжая исследовать свойства новой единицы длины, мы не можем пройти мимо её безразмерности, которая теоретически даёт нам возможность оперировать бесконечными длинами. Вы конечно помните, что один ео это половина длины любого отрезка. В том числе и бесконечного. На практике это означает, что бесконечная ось координат любого n -мерного пространства равна 2 (двум) единичным отрезкам. Следовательно, перемножение численных значений длин осей координат n -мерного пространства друг на друга даёт нам размер этого пространства в единичных отрезках. Такое перемножение двоек удобнее представить в виде показательной степени, где основание 2 – длина оси координат в ео , а показатель степени n - размерность (количество координатных осей):
Таким образом, размер любого n -мерного пространства в единичных отрезках определяется формулой:
В этом случае точка это первоначальная и единственная геометрическая абстракция евклидова пространства, имеющая размер 1 ео и не вмещающая в себя большее количество единичных отрезков в силу своей нулевой размерности. Отсюда следует, что точка меньше любого бесконечно маленького отрезка в два раза, а любой бесконечно маленький отрезок содержит минимум 2 точки.
Не знаю как вам, уважаемые читатели, а мне очень нравится полученная связь мерности пространства с показателями степеней двойки. Во-первых, она легко и наглядно подтверждает бесконечно малый ненулевой размер точки, вычисленный не очень тривиальным способом ещё «королём математики» Гауссом. А во-вторых, позволяет формализовать метрику Евклидовой геометрии очень простым математическим выражением, связав натуральный ряд чисел в показателе степени двойки с бесконечным количеством осей координат n -мерного пространства. Благодаря найденной закономерности, мы теперь точно знаем размер любого n -мерного пространства в единичных отрезках.
