Спонтанно нарушение на симетрията

Повечето от симетрия възниква, когато даден идеализация на проблема (вж. Симетрията на законите на природата). Отчитане на ефекта от по-сложни взаимодействия води до нарушаване на симетрията. Например, независим енергиен на водородния атом на орбиталния ъглов момент е неточна, а симетрията се нарушава леко, като се вземат предвид релативистични корекции на движението на електроните (вж. Релативистката механика). Дори и закони за запазване, свързани с пространственото симетрията е много слаба, но все пак нарушават нееднородността на Вселената във времето и пространството.

Има много по-важно нарушение на симетрията - спонтанно (спонтанно). Тя се крие във факта, че системата е описано от законите на симетричен балансиран и отговаря на първоначалните условия, има асиметричен крайно състояние. Да вземем например следния прост експеримент. Нека металния прът се компресира в хидравлична преса, така, че цялата система и всички съществуващи своите сили имат цилиндрична симетрия. Когато силата на прът налягане надвишава якостта на огъване, системата става нестабилна и пръта се огъва (и след това се развалят) произволна посока азимут. По този начин, цилиндрична симетрична система спонтанно влезе в една държава, която не разполага с оригиналния симетрията.

Ето още един пример. Нека топката пада върху оста на чашата на дъното, като формата на изпъкнала сферична полукълбо. Отново, системата е цилиндрично симетричен и всичките му сили не отговаря на условието на цилиндрична симетрия. Въпреки това, позицията на топката в горната част на сферата е нестабилна, и тя се търкаля надолу. Окончателното състояние е отново вече няма оригиналния цилиндрична симетрия.

Да разгледаме следващата течността, в която атомите са разположени произволно и взаимодействия между тях отговаря на условието за симетрия по отношение на въртене и транслацията симетрия - по отношение на превода. Ако течността се кристализира, има крайно състояние, в което и двете от тези симетрии са нарушени.

Всички тези явления на спонтанно нарушение на симетрията, характеризиращи се с редица общи черти. Те се появяват, когато балансирано състояние, са нестабилни и под влиянието на малки пертурбации да премине в по-благоприятно енергично небалансиран държавата. Въпреки това, първоначалната симетрия все пак налага своя отпечатък върху окончателния статут. Ние ще повтори експеримента с топката, която пада върху изпъкнал дъното на стъклени много пъти. След това топката е също толкова вероятно попада в всички възможни положения на азимут. И тези държави в един друг в шарнирна операции около вертикална ос - оста на симетрия на оригиналната система. Същото ще се случи и в други примери, обсъдени по-горе. По този начин, ако има крайно състояние, където първоначалната симетрия се разгражда по определен начин, че с еднаква вероятност може да се появи и всички други условия, произтичащи от това първо състояние, като използвате първоначалните симетрия трансформации.

Спонтанно нарушение на симетрията може значително да прикрият симетрията на физическите закони. Представете си, малкият "човек" живите във вътрешността на голям кристал. В своята "мир" Space има структура на пчелна пита, и тя е посветена райони. Затова нашата "мъж" не е лесно да се получи с първоначалното пространствен изотропността и транслацията симетрия, характеристика на взаимодействието между молекулите на веществото.

Спонтанно нарушение на симетрията се срещат в природата на всяка крачка. Една капка вода, разположена на масата - пример на симетрия счупване: в действителност взаимодействие между молекули и молекули на масата позволява симетричен разтвор - вода се простира тънко на масата. Но това решение е енергично неблагоприятна за малки капки.

Атомното ядро е нуклон капка течност - тя също е пример за нарушение на транслацията симетрия. Там не са само сферична, но "деформирани" ядра имат елипсовидна форма, - нарушение не само на превода, но също ротационна симетрия.

Спонтанно нарушение на симетрията - много често срещано явление в макроскопичния физика. Въпреки това, разбирането на тези факти, то е в физиката на високите енергии с голямо закъснение. Не всички физици изследвали теорията на елементарните частици, веднага взехме възможност на асиметричните решения в симетрични системи.

Като правило, по-голямата част от началното физиката на елементарните частици симетрия - приблизително: те са валидни за определени взаимодействия и нарушени други взаимодействия-слаби. Примери на тези разбити симетрии - .. Симетрията на явленията на природата спрямо огледален отражения, симетрия по отношение на прехода от частици до античастици, време обръщане симетрия, изотопен инвариантност (.. Т.е., симетрията на силни взаимодействия на протони и неутрони) и т.н. Всички те са приблизителни и леко нарушени. И се достигне до разбирането на естеството на тези нарушения е доста трудно. Това е мястото, където това е идея на спонтанно нарушение на симетрията. Продуктивна тенденция теория на елементарните частици се състои в предположението, че в изключително кратки разстояния или при много голям импулси "царува" максимална симетрия. Но преходът към по-ниски енергии има спонтанно счупване на който може значително да прикрият тази симетрия. По този начин, в теорията на електрослабата взаимодействие, обединяващи електродинамика и слабите взаимодействия от Свръхвисокочестотната енергия (от порядъка на 1015 GeV), има четири равни поле безтегловни, които поради спонтанното счупване при ниски енергии се превръщат в три масивна междинно бозон и един безтегловни фотон: симетрична система от префасонира че има три частици с маса от 100 GeV и една частица с нулева маса. Появата на масивни бариони система безмасови глуони и извара (виж силно взаимодействие.) - е друг пример за спонтанно симетрия.

Човек би могъл да мисля, че много други симетрия - огледалната симетрия, симетрията между частици и античастици, и т.н. - .. Неточно дължи на спонтанен скъсване. С други думи, оригиналните законите на физиката са симетрични, колкото е възможно, и наблюдаваната асиметрия се дължи на факта, че ние съществуваме в света с спонтанно счупени симетрии.

По този начин, ние имаме до известна степен напомня на "малките хора", живеещи в кристала и се чудех небалансиран характер на своята "мир". Тези примери показват някои основни свойства на частиците определя феномен на спонтанна симетрия счупване.