فضای هیلبرت
نوعی از فضای برداری توپولوژی / From Wikipedia, the free encyclopedia
فضای هیلبرت (به انگلیسی: Hilbert Space) که بهافتخار داویت 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 بُعد، متناهی یا نامتناهی، گسترش میدهد. یک فضای هیلبرت، فضای برداری مجردی (به انگلیسی: abstract، انتزاعی) است که دارای ضرب داخلی بوده و اندازهگیری فاصله در آن، ممکن است. افزونبر این، فضای هیلبرت، کامل است.
فضاهای هیلبرت، بهشکل فضای بینهایتبُعدی توابع در ریاضیات و فیزیک، بسیار ظاهر میشوند. ازین نظر، نخستین فضاهای هیلبرت، دههٔ نخست قرن بیستم از سوی داویت هیلبرت، اِرهارد اشمیت و فریدیش ریس مطالعه شدند. این فضاها، ابزارهای ضروری در معادلات مشتقات جزئی، مکانیک کوانتومی، تحلیل فوریه (که شامل کاربردهای آن در پردازش سیگنال و انتقال حرارت میشود) و نظریه ارگودیک (که زیربنای ریاضی ترمودینامیک است) هستند. جان فون نویمان، عبارت «فضای هیلبرت» را در مفهومی انتزاعی، که کاربردهای گستردهای داشت، پیش نهاد.
فضاهای هیلبرت راه را برای عصر پرثمر آنالیز تابعی هموار کرد. در کنار فضاهای اقلیدسی کلاسیک، نمونههایی از فضاهای هیلبرت، شامل فضاهای توابع مربع-انتگرالپذیر، فضاهای دنبالهای، فضاهای سوبولف شامل توابع تعمیمیافته و فضاهای هاردی از توابع هولومورفیک میشود.
شهود هندسی نقش مهمی در بسیاری از جنبههای فضای هیلبرت بازی میکند. مشابههای دقیقی از قضیه فیثاغورث و قانون متوازیالأضلاع، در فضای هیلبرت نیز هستند. در نگاهی عمیقتر، تصویرکردن متعامد روی زیرفضاها (مشابه ارتفاع مثلثها) نقش مهمی در بهینهسازی و دیگر جنبههای آن، بازی میکند. در مقایسه با مختصات کارتزین در صفحه، یک عنصر از یک فضای هیلبرت را میتوان منحصربهفرد از راه مختصات و با توجه به مجموعهای از محورهای مختصات (یک پایه متعامد نرمال) مشخص کرد. وقتی مجموعهی محورها نامتناهی شمارا باشند، فضای هیلبرت را میتوان به صورت دنبالهی نامتناهی که مربع-جمع پذیر هستند تصور کرد. در قدیم، اینگونه فضاها را، فضای هیلبرت در نظر میگرفتند. عملگرهای خطی روی یک فضای هیلبرت نیز نسبتاً ملموس هستند؛ در برخی موارد، این عملگرها تبدیلات سادهای هستند که فضا را در جهتهای دوبهدو متعامد با ضریبهای متفاوت میکِشند، بهگونهایکه با مطالعه طیفشان، میتوان آنها را دقیقتر شناخت.