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对称性破缺

指数 对称性破缺

對稱性破缺(symmetry breaking)係指物理學裏,在具有某種對稱性的物理系統之臨界點附近發生的微小振盪,通過選擇所有可能分岔中的一個分岔,打破了這物理系統的對稱性,並且決定了這物理系統的命運。例如當水溫降至接近冰點時,水中各處看起來皆相同,因此水系統具有空間上的對稱性,此時若某處的溫度振盪至低於冰點,便破壞了對稱性,且決定了所凝固之冰的結構。對於外在觀察者,不清楚有漲落(或熱噪聲)的存在,會覺得這選擇相當隨機或任意。在圖樣形成(pattern formation)裏,對稱性破缺佔有重要角色。 對稱性破缺可以分為兩種:.

30 关系: 动力学对称性破缺动能卡爾·雅可比南部-戈德斯通定理子群对称关系對稱群不可壓縮流临界点 (热力学)希格斯机制引力引力势能分岔理論哈密顿力学BCS理论皮埃尔·居里科林·麦克劳林群论物理学菲利普·安德森诺贝尔物理学奖超导现象軸對稱还原论自发对称破缺标准模型漲落定理明顯對稱性破缺流體靜力平衡拉格朗日量

动力学对称性破缺

在凝聚体物理学和粒子物理学中,动力学对称性破缺(dynamical symmetry breaking)是指不在费曼图上显示的自发对称性破缺的一种形式。其最显著的例子是费米凝聚。.

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动能

动能是物质运动时所得到的能量。它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。由于运动是相对的,动能也是相对于某参照系而言。同一物体在不同的参照系会有不同的速率,也就是有不同的动能。动能的国际单位是焦耳(J),以基本单位表示是千克米平方每秒平方(kg·m2·s-2)。一个物体的动能只有在速率改变时才会改变。.

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卡爾·雅可比

卡爾·古斯塔夫·雅各布·雅可比(Carl Gustav Jacob Jacobi,)是一位普魯士數學家,被廣泛的認為是歷史上最偉大的數學家之一。.

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南部-戈德斯通定理

#重定向 戈德斯通定理.

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子群

假設(G, *)是一個群,若 H 是 G 的一個非空子集且同時 H 與相同的二元運算 * 亦構成一個群,則 (H, *) 稱為 (G, *) 的一個子群。參閱群論。 更精確地來說,若運算*在H的限制也是個在H上的群運算,则称H為G的子群。 一個群G的純子群是指一個子群H,其為G的純子集(即H ≠ G)。任一個群的當然群為只包含單位元素的子群。若H為G的子群,則G有時會被稱為H的「母群」。 相同的定義可以應用在更廣義的範圍內,當G為一任意的半群,但此一條目中只處理群的子群而已。群G有時會被標記成有序對(G,*),通常用以強調其運算*當G帶有多重的代數或其他結構。 在下面的文章中,會使用省略掉*的常規,並將乘積a*b寫成ab。.

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对称关系

数学上,若對所有的 a 和 b 屬於 X,下述語句保持有效,則集合 X 上的二元关系 R 是对称的:「若 a 关系到 b,则 b 关系到 a。」 数学上表示为: 例如:“和……结婚”是对称关系;“小于”不是对称关系。 注意,对称关系不是反对称关系(aRb 且 bRa 得到 b.

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對稱群

对称群可以指:.

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不可壓縮流

在連續介質力學裏,不可壓縮流是流速的散度等於零的流動,更精確地稱為等容流。這理想流動可以用來簡化理論分析。實際而言,所有的物質多多少少都是可壓縮的。請注意「等容」這術語指的是流動性質,不是物質性質;意思是說,在某種狀況,一個可壓縮流體會有不可壓縮流的動作。由於做了不可壓縮這假設,物質流動的主導方程式能夠極大地簡化。 不可壓縮流遵守以下方程式: 其中,\mathbf\,\! 是物質流動的速度。 根據連續方程式, 其中,\rho\,\! 是物質密度。 以隨體導數(material derivative)表達, 由於 \rho > 0\,\! ,一個流動是不可壓縮流,若且唯若 也就是說,隨著物質元素的移動,質量密度是常數。.

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临界点 (热力学)

-- 在熱力學中,臨界点是可使一物質以液態存在的最高溫度或以氣態存在的最高壓強,當物質的溫度、壓強超過此界線——即臨界温度及臨界壓強——會相變成同時擁有液態及氣態特徵的流體:超臨界流體。 临界温度下的p-V等温线上,在临界点处的一阶、二阶导数均为零,即:.

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希格斯机制

在標準模型裏,希格斯機制(Higgs mechanism)是一種生成質量的機制,能夠使基本粒子獲得質量。為什麼費米子、W玻色子、Z玻色子具有質量,而光子、膠子的質量為零?希格斯機制可以解釋這問題。希格斯機制應用自發對稱性破缺來賦予規範玻色子質量。在所有可以賦予規範玻色子質量,而同時又遵守規範理論的可能機制中,這是最簡單的機制。根據希格斯機制,希格斯場遍佈於宇宙,有些基本粒子因為與希格斯場之間交互作用而獲得質量。 更仔細地解釋,在规范场论裏,為了滿足定域規範不變性,必須設定规范玻色子的质量為零。由於希格斯場的真空期望值不等於零,希格斯場在最低能量態的平均值,就是「希格斯場的真空期望值」。費曼微積分(Feymann calculus)用來計算的是希格斯場在最低能量態的振動,即希格斯玻色子。造成自發對稱性破缺,因此規範玻色子會獲得質量,同時生成一種零質量玻色子,稱為戈德斯通玻色子,而希格斯玻色子則是伴隨著希格斯場的粒子,是希格斯場的振動。通過選擇適當的規範,戈德斯通玻色子會被抵銷,只存留帶質量希格斯玻色子與帶質量規範向量場。 費米子也是因為與希格斯場相互作用而獲得質量,但它們獲得質量的方式不同於W玻色子、Z玻色子的方式。在规范场论裏,為了滿足定域規範不變性,必須設定費米子的质量為零。通過湯川耦合,費米子也可以因為自發對稱性破缺而獲得質量。 本條目的數學表述內容需要讀者了解一些量子場論的知識。所有方程式都遵守愛因斯坦求合約定。按照粒子物理學慣例,採用CGS單位制為物理量的單位,並且設定光速與約化普朗克常數的數值為1。.

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引力

重力(Gravitation或Gravity),是指具有质量的物体之间相互吸引的作用,也是物体重量的来源。 引力与电磁力、弱相互作用力及强相互作用力一起构成自然界的四大基本相互作用。在这四种基本相互作用中,引力是最弱的一种,但同时也是一种长程有效作用力。在现代物理学中,引力一般由广义相对论来精确描述,认为引力反映了物体的惯性在弯曲时空中的表现。而经典力学中的牛顿万有引力定律则是对引力在通常物理条件下的极好的近似描述。 在地球上,地球对地面附近物体的万有引力赋予了物体的重量,并使物体落向地面。在宇宙中,引力让物质聚集而形成天体,同时也让天体之间相互吸引,形成按照轨道运转的天体系统。此外,月球以及太陽对地球上海水的引力,形成了地球上的潮汐。.

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引力势能

重力位能或重力势能是指物体因为大質量物體的万有引力而具有的位能,其大小与其到大質量的距离有关。 E_p.

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分岔理論

分岔理論或分歧理论(bifurcation theory)是數學中研究一群曲線在本質或是拓扑结构上的改變。一群曲線可能是向量場內的,也可能是一群類似微分方程的解。 分岔(bifurcation)常出現在動態系統的數學研究中,是指系統參數(分岔參數)小而連續的變化,結果造成系統本質或是拓扑结构的突然改變。分岔會出現在連續系統(以常微分方程、时滞微分方程或偏微分方程來描述)或是離散系統中 (以映射來描述)。 bifurcation一詞最早是由儒勒·昂利·庞加莱在1885年的論文中提出,這也是第一篇提到類似特性的數學論文,庞加莱後來也為許多不同的驻点命名而且分類。.

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哈密顿力学

哈密顿力学是哈密顿于1833年建立的经典力学的重新表述,它由拉格朗日力学演变而来。拉格朗日力学是经典力学的另一表述,由拉格朗日于1788年建立。哈密顿力学与拉格朗日力学不同的是前者可以使用辛空间而不依赖于拉格朗日力学表述。关于这点请参看其数学表述。 适合用哈密顿力学表述的动力系统称为哈密顿系统。.

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BCS理论

BCS理论是解释常规超导体的超导电性的微观理论(所以也常意译为超导的微观理论)。该理论以其发明者约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗的名字首字母命名。.

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皮埃尔·居里

埃爾·居里(Pierre Curie,),法國物理学家、化学家,曾經由於發現放射性元素鐳而獲得諾貝爾物理學獎。.

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科林·麦克劳林

科林·麥克勞林(Colin Maclaurin,),蘇格蘭數學家。.

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群论

在数学和抽象代数中,群论研究名为群的代数结构。 群在抽象代数中具有基本的重要地位:许多代数结构,包括环、-zh-hant:體;zh-hans:域-和向量空间等可以看作是在群的基础上添加新的运算和公理而形成的。群的概念在数学的许多分支都有出现,而且群论的研究方法也对抽象代数的其它分支有重要影响。线性代数群(linear algebraic groups)和李群作为群论的分支,在经历了重大的发展之后,已经形成相对独立的研究领域。 群论的重要性还体现在物理学和化学的研究中,因为许多不同的物理结构,如晶体结构和氢原子结构可以用群论方法来进行建模。于是群论和相关的群表示论在物理学和化学中有大量的应用。 群论中的重要结果,有限单群分类是20世纪数学最重要的结果之一。该定理的证明是集体努力的结果,它的证明出现在1960年和1980年之间出版的超过10,000页的期刊上。.

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物理学

物理學(希臘文Φύσις,自然)是研究物質、能量的本質與性質,以及它們彼此之間交互作用的自然科學。由於物質與能量是所有科學研究的必須涉及的基本要素,所以物理學是自然科學中最基礎的學科之一。物理學是一種實驗科學,物理學者從觀測與分析大自然的各種基於物質與能量的現象來找出其中的模式。這些模式(假說)稱為「物理理論」,經得起實驗檢驗的常用物理理論稱為物理定律,直到有一天被證明是有錯誤為止(具可否證性)。物理學是由這些定律精緻地建構而成。物理學是自然科學中最基礎的學科之一。化學、生物學、考古學等等科學學術領域的理論都是建構於這些物理定律。 物理學是最古老的學術之一。物理學、化學、生物學等等原本都歸屬於自然哲學的範疇,直到十七世紀至十九世紀期間,才漸漸地從自然哲學中分別成長為獨立的學術領域。物理學與其它很多跨領域研究有相當的交集,如量子化學、生物物理學等等。物理學的疆界並不是固定不變的,物理學裡的創始突破時常可以用來解釋這些跨領域研究的基礎機制,有時還會開啟嶄新的跨領域研究。 通過創建新理論與發展新科技,物理學對於人類文明有極為顯著的貢獻。例如,由於電磁學的快速發展,電燈、電動機、家用電器等新產品纷纷涌现,人類社會的生活水平也得到大幅提升。由於核子物理學日趨成熟,核能發電已不再是藍圖構想,但其所引致的安全問題也使人們意識到地球環境、生態與人類的脆弱渺小。.

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菲利普·安德森

菲利普·安德森(Philip Anderson,),美國物理學家。 物理上,在反鐵磁性、高溫超導等領域有重大貢獻。 因「對磁性和無序體系電子結構的基礎性理論研究」與內維爾·莫特、約翰·凡扶累克一同獲得1977年的諾貝爾物理學獎。.

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诺贝尔物理学奖

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超导现象

超导现象是指材料在低于某一温度时,电阻变为零的现象,而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。.

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軸對稱

軸對稱或線對稱指一个图形沿一条直线折叠,直线两旁的部分能够互相重合。更廣泛的對稱形式為旋轉對稱。.

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还原论

还原论(英語:Reductionism,又譯还原主义、簡化論、專簡論與化約論)是一种哲学思想,认为复杂的系统、事务、现象可以通过将其化解为各部分之组合的方法,加以理解和描述。 还原论的思想在自然科学中有很大影响,例如认为化学是以物理学为基础,生物学是以化学为基础,等等。在社会科学中,围绕还原论的观点有很大争议,例如心理学是否能够归结于生物学,社会学是否能归结于心理学,政治学能否归结于社会学,等等。.

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自发对称破缺

自發對稱破缺(spontaneous symmetry breaking)是某些物理系統實現對稱性破缺的模式。當物理系統所遵守的自然定律具有某種對稱性,而物理系統本身並不具有這種對稱性,則稱此現象為自發對稱破缺。這是一種自發性過程(spontaneous process),由於這過程,本來具有這種對稱性的物理系統,最終變得不再具有這種對稱性,或不再表現出這種對稱性,因此這種對稱性被隱藏。因為自發對稱破缺,有些物理系統的運動方程式或拉格朗日量遵守這種對稱性,但是最低能量解答不具有這種對稱性。從描述物理現象的拉格朗日量或運動方程式,可以對於這現象做分析研究。 對稱性破缺主要分為自發對稱破缺與明顯對稱性破缺兩種。假若在物理系統的拉格朗日量裏存在著一個或多個違反某種對稱性的項目,因此導致系統的物理行為不具備這種對稱性,則稱此為明顯對稱性破缺。 如右圖所示,假設在墨西哥帽(sombrero)的帽頂有一個圓球。这個圓球是處於旋轉對稱性狀態,對於繞著帽子中心軸的旋轉,圓球的位置不變。這圓球也處於局部最大引力勢的狀態,極不稳定,稍加微擾,就可以促使圓球滾落至帽子谷底的任意位置,因此降低至最小引力勢位置,使得旋轉對稱性被打破。儘管這圓球在帽子谷底的所有可能位置因旋轉對稱性而相互關聯,圓球實際實現的帽子谷底位置不具有旋轉對稱性──對於繞著帽子中心軸的旋轉,圓球的位置會改變。 大多數物質的簡單相態或相變,例如晶體、磁鐵、一般超導體等等,可以從自發對稱破缺的觀點來了解。像分數量子霍爾效應(fractional quantum Hall effect)一類的拓扑相(topological phase)物質是值得注意的例外。.

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标准模型

在粒子物理學裏,標準模型(Standard Model,SM)是描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質基本粒子的理論,屬於量子場論的範疇,並與量子力學及狭义相對論相容。到目前為止,幾乎所有對以上三種力的實驗的結果都合乎這套理論的預測。但是標準模型還不是萬有理論,主要是因為還沒有描述引力。.

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漲落定理

漲落定理是統計力學中的一個定理,用來處理遠離熱力學平衡(熵最大值)之下,系統的熵會在某一定時間中增加或減少的相對機率。熱力學第二定律預測一獨立系統的熵應該趨向增加,直到其達到平衡為止,但在統計力學被發現之後,物理學家了解到第二定律只是統計上的一種行為,因此應該總是有一些機率會使得獨立系統的熵會自發性地減少;漲落定理準確地量化了此機率。.

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明顯對稱性破缺

在理論物理學裏,明顯對稱性破缺(explicit symmetry breaking)是對稱性破缺的一種。假若系統的哈密頓量或拉格朗日量本身存在一個或多個違反某種對稱性的項目,導致系統的物理行爲不具備這種對稱性,則稱此為明顯對稱性破缺。這術語特別適用於大致具有對稱性、違反對稱項目很小的系統。 這類的項目有許多種可能的來源:.

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流體靜力平衡

流體靜力平衡 (法文: Équilibre hydrostatique; 德文: Hydrostatisches Gleichgewicht; 英文:Hydrostatic equilibrium)也稱爲靜力學平衡、靜水壓平衡,是指當流體處於相對靜止,或匀速運動時的平衡狀態。比如地球大氣在重力和由壓力梯度形成的與前者方向相反壓強梯度力之間的平衡,使其不致被重力壓扁,也不致被壓強梯度力擴散到太空中。.

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拉格朗日量

在分析力學裏,一个动力系统的拉格朗日量(Lagrangian),又稱為拉格朗日函數,是描述整个物理系统的动力状态的函数,對於一般經典物理系統,通常定義為動能減去勢能,以方程式表示為 其中,\mathcal為拉格朗日量,T為動能,V為勢能。 在分析力学裡,假設已知一个系统的拉格朗日量,则可以将拉格朗日量直接代入拉格朗日方程式,稍加运算,即可求得此系统的运动方程式。 拉格朗日量是因數學家和天文學家約瑟夫·拉格朗日而命名。.

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