فضای هیلبرت

مفهوم ریاضیاتی فضای هیلبرت، که به افتخار دیوید هیلبرت نامگذاری شده، مفهوم فضای اقلیدسی را تعمیم می‌دهد.
این فضا، روش‌های جبر برداری و حسابان را از صفحه اقلیدسی دو بعدی و فضای اقلیدسی سه بعدی، به فضاهایی با هر تعداد متناهی یا نامتناهی بعدی توسعه می‌دهد.

یک فضای هیلبرت فضای برداری مجردی است که دارای ساختار ضرب داخلی بوده و امکان اندازه‌گیری شدن طول و زاویه را می‌دهد.
به علاوه، فضای هیلبرت کامل است:
یعنی در این فضا به میزان کافی حد وجود داشته لذا می‌توان از تکنیک‌های حسابان استفاده کرد.

فضاهای هیلبرت به صورت طبیعی و مکرر، به شکل فضای بی‌نهایت بعدی توابع در ریاضیات و فیزیک ظاهر می‌شوند.
اولین فضاهای هیلبرت از این نقطه نظر در دهه اول قرن بیستم توسط دیوید هیلبرت، ارهارد اشمیت و فریگیس ریسز مورد مطالعه قرار گرفتند.

این فضاها ابزارهای اجتناب ناپذیری در نظریات معادلات مشتقات جزئی، مکانیک کوانتومی، تحلیل فوریه (که شامل کاربردهای آن در پردازش سیگنال و انتقال حرارت می‌شود) و نظریه ارگودیک می‌باشد (که ریاضیات زیربنایی ترمودینامیک را ارائه می‌دهد).
 جان فون نویمان عبارت "فضای هیلبرت" را برای مفهوم مجردی که کاربردهای گسترده‌ای داشت ایجاد نمود. موفقیت فضاهای هیلبرت راه را برای عصر ثمربخش آنالیز تابعی هموار نمود.
جدا از فضاهای اقلیدسی کلاسیک، مثال‌هایی از فضاهای هیلبرت شامل فضاهای توابع مربع-انتگرال پذیر، فضاهای دنباله ای، فضاهای سوبولف شامل توابع تعمیم یافته و فضاهای هاردی از توابع هولومورفیک می‌شود.

شهود هندسی نقش مهمی را در بسیاری از جنبه‌های نظریه فضای هیلبرت بازی می‌کند. موجودات دقیقا مشابهی از قضیه فیثاغورث و قانون متوازی الاضلاع در فضای هیلبرت نیز حضور دارند.
در سطوح عمیق‌تر، تصویر عمودی بر روی زیر فضاها (مشابه ارتفاع مثلث‌ها) نقش مهمی در مسائل بهینه‌سازی و دیگر جنبه‌ های این نظریه بازی می‌کند.
در مقایسه با مختصات کارتزین در صفحه، یک عنصر از یک فضای هیلبرت را می‌توان به صورت منحصر به فردی توسط مختصات و با توجه به مجموعه ای از محورهای مختصات (یک پایه متعامد نرمال) مشخص کرد.

زمانی که مجموعه محورها نامتناهی شمارا باشند، فضای هیلبرت را می‌توان به صورت دنباله نامتناهی که مربع-جمع پذیر هستند تصور نمود. در متون قدیمی اینگونه فضاهای اخیر را به عنوان فضای هیلبرت در نظر می‌گیرند.

به‌طور مشابه عملگرهای خطی روی یک فضای هیلبرت نیز اشیاء نسبتا ملموسی هستند:
در موارد خوبی، این عملگرها تبدیلات ساده ای هستند که فضا را در جهت‌های دو به دو متعامد با ضریب‌های متفاوت می‌کشند؛ به گونه ای که با مطالعه طیفشان می‌توان آن‌ها را دقیق تر شناخت.



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢