空间时间,因有三维空间三个方向X,Y和Z。结合时间,只做平行扩张或收缩移动;以及结合时间还作自旋的面旋和体旋运动,其中有:分别单独作的球面物体面旋或体旋的整数旋转运动,和面旋和体旋运动同时结合且转速相同的半整数旋转运动。 那么三重对称性概念,将以上空间时间与面旋和体旋,仍有两个磁扭线空间能联系起来的描述。但磁扭线空间这一种数学空间,用于理解空间时间领域中的几何物体是不完整的。 例如,地球是一个球面,地磁场北极出南极进的磁力线转动,是属于线旋的。但像通电螺线管的磁场,也有北极出南极进的磁力线转动,也是属于线旋的。这看似球面和环面没有区别,但为啥拓扑学上,又有球面与环面不同伦的说法呢? 在物理学中,旋量理念,源于原子光谱线,表现类似于粒子辐射光子的角动量,是半整数量子旋转(其大小由普朗克恒量决定)的研究。这完全可以用狄拉克著名电子理论进行解释:该理论使狄拉克成功地预测了正电子的存在……一些旋量粒子,包括电子、μ介子、τ介子、质子、中子、夸克、微中子及这些粒子的所有反粒子,具有半整数旋转特性。但同样也存在非旋量粒子,称之为玻色子,比如光子、引力子、π介子、介子、W和Z玻色子及希格斯介子等,具有整数旋转特性。所以,可见“角动量”定义,不能处理环量子的线旋,只能处理球面的自旋;这也是科学难题,追根历史上求解才能知道的。 例如,银的自旋,银原子沉积物之所以会分离,是因为电子内部角动量的量子化──也就是一种叫作“自旋”的物理量。1922年由德国物理学家奥托·斯特恩和瓦尔特·格拉赫完成的此类实验,是首次证实原子在磁场中取向量子化的著名实验。之后数年有人又才被发现,证实了原子角动量的量子化,但当时他俩作了错误的解释。斯特恩也得到的正确结果:彼时未知的两个电子特性──自旋和反常磁矩──恰好相互抵消了。因此施特恩获得了,1943年诺贝尔物理学奖。 这说明旋量和非旋量之间的区别,以球面“为标准”,并不是最完美和谐。这方面的进展联系斯巴林教授,他是著名英国科学家彭罗斯的博士生;而磁扭线,又正是首先由彭罗斯,引入的一种特殊旋量。 斯巴林教授解释说:虽然以前的研究,提出磁扭线理论和旋量理论是可以结合空间时间的,但是他的新理论,稍微有一点不同,因为他的理论,并不能完全取代空间时间。和谐完美理论,是需要结合磁扭线理论、空间时间理论和弦理论的,但这三种理论的结合,仍具有很大的不确定性。斯巴林教授称:“尽管这一理念是并不确定,但是在目前物理学,比如,凝聚态物理学、范畴理论、非交换几何学、弦理论和超流体结构等几个重要概念中,可能扮演着重要的角色:这些联系,尽管目前还只是一种推测”。 斯巴林教授的悲观情绪,是他不明白“视而不见现象”存在环量子三旋理论的数学公式之谜,现可以给予一种补充和矫正,该公式为: s^2 = x^2 + y^2 + z^2 - t^2 - u^2 - v^2- w^2 (3-1) 以上三旋理论数学公式,在大型强子对撞机实验中也许能揭示。还有早在1924年,印度科学家玻色和爱因斯坦,预言了所谓的“玻色--爱因斯坦凝聚”现象;这个现象与量子力学的“粒子全同性原理”有关。由于微观粒子没有轨迹,不能“标记”,也就无法区分。 微观粒子可分两类,自旋为半整数的叫费米子,每个状态只能由一个粒子占据;自旋为整数的叫玻色子,每个状态的粒子数不受限制。非常低的温度下,玻色子都向最低的能态聚集,量子的相干波长超过粒子间的平均距离,产生“玻色--爱因斯坦凝聚”现象。 所以,我们认为量子自旋,与量子热力学熵有联系:即自旋世界的多重身份,是与熵的多重身份,是联系在一起的。 熵,起初是一个热力学函数,后发展为系统混乱程度的量度,是一个描述系统热力学状态的函数。熵,这一名称是由德国科学家克劳修斯(1822-1888),在1865年发表的《论热的力学理论中的主方程之几种适于应用的不同形式》中提出的。克劳修斯认为可以将熵理解为转化的含量,以分别对应热力学第二定律和热力学第一定律。 在物理学中熵在1865年提出后,用于描述热力学系统中能量的退化程度。熵的定义,为一个系统的熵变化ΔS等于该系统吸收或放出的热量ΔQ与绝对温度T的比值,即ΔS = ΔQ/T。 熵在热力学中表示系统的无序度或混乱程度,高熵表示更高的无序度,低熵表示更高的有序度。自然界的所有过程,都趋向于增加系统的熵,这是热力学第二定律的核心内容。 扎克·萨维茨基是加州大学圣克鲁兹分校科学传播学硕士,是《科学美国人》等杂志的记者。萨维茨基说:他一直对宇宙万物无法摆脱的熵增定律感到无望,因为这一定律,似乎预示着宇宙的终极命运,是一个秩序完全崩溃的宇宙。但随着熵这一概念扩展至其他领域,熵开始拥有热力学熵以外的其他身份。 熵在物理学和信息论中,有不同的定义和应用,具有多重身份。 如信息论中的熵,1948年香农将熵的概念引入信息论,称为香农熵。在信息论中,熵表示接收的每条消息中包含的信息的平均量。高熵的消息,包含更多的不确定性;而低熵的消息,更确定。这与热力学中的熵概念不同,但同样是关于不确定性的度量。 熵在生命科学中的应用,生物体通过消耗能量,来维持其高度有序的状态,这违反了通常的熵增原理。如生物体的新陈代谢过程,实际上是在对抗自然界的熵增趋势,通过有序地使用能量来维持生命活动。熵在天体物理学中的应用,如黑洞的表面积与其熵成正比,这被称为黑洞熵。这个概念表明,黑洞内部可能存在与熵相关的信息。 熵之所以和自旋联系,是信息就是能量,而且是想要利用的能量。从原理来看,信息引擎有点像帆船──利用对风向的了解调整船帆,推动船只前往目标方向。但正如信息会带来能量,而获取和记忆信息得消耗能量。而且观察者,受制于自身物理限制的物理系统。再来到量子热力学的微观系统,环量子三旋是自旋的圣杯,对时钟般精确的观察者施加终极控制。这种算法,可以通过仅保留相关信息来有效压缩数据,使之展示实际测量中固有的“部分可观测性”,如“角动量”;另一方面,收集无助观测者做出有用预言的信息会降低能量效率。 但三旋是自旋的圣杯,有时也会向我们揭示那隐藏在不决定性中的有序之源,使我们可以学会应对甚至拥抱它──正是无知,驱使我们去探索知识,正是熵,让我们成为了人。 【4、自旋世界刘俊明教授说伊辛模型利弊】 三旋是自旋,联系磁扭线,是自旋和反常磁矩引入的一种特殊旋量。现在我们来听南京大学物理系刘俊明教授,介绍的伊辛模型。 这个模型,是1920年由德国物理学家威廉·愣次教授提出的,目的是为了给铁磁体一个简化的物理图像。这里的愣次教授,不是电磁学中愣次定律的那个愣次。而铁磁体,就是磁铁。 1920年那些年,威廉·愣次在汉堡大学招收了一个博士生,名叫昂斯特·伊辛,愣次将伊辛模型交给伊辛作为博士论文的题目。 伊辛模型交给伊辛作论文题目,其实,伊辛不过是研究了这个模型,在一维条件下的相变和有序行为,而且得到了一个平凡的答案:一维铁磁模型,如果只考虑最近邻交互作用的话,是不可能有相变的。虽然伊辛也将这一结论推广到三维情况,但其结论似乎错了。
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