Спонтанное нарушение симметрии

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Спонта́нное наруше́ние симметри́и — физическая ситуация, когда основное состояние системы, взаимодействия в которой имеют некоторую симметрию, не обладает этой симметрией. Примером является спонтанное намагничивание ферромагнетиков, которое порождает выделенное направление при исходной сферической симметрии взаимодействий в системе.

Спонтанное нарушение симметрии происходит случайным (псевдослучайным) образом и обусловлено флуктуациями. Это явление чрезвычайно распространённое в природе. Множество разнообразных примеров спонтанного нарушения симметрии можно привести в классической механике.

Однако, тогда как в механике спонтанное нарушение симметрии имеет скорее описательное значение, в теории поля это основной принцип, обеспечивающий генерацию масс. Так же вещество в определенной термодинамической фазе можно рассматривать как квантовое поле с соответствующей симметрией. Тогда спонтанное нарушение симметрии представляется как фазовый переход. Также это явление встречается в момент кристаллизации.

Существование в природе четырех фундаментальных взаимодействий тоже является следствием нарушения симметрии — гипотетически при достаточно больших энергиях (~ 100 ГэВ) электромагнитные и слабые ядерные силы объединяются в одну, а при еще больших энергиях (~ 10 14 ГэВ) они объясняются теорией Большого объединения.

Случай с шариком

Примеры нарушения симметрии: шарик, находящийся посередине между двумя ямами желоба, рано или поздно под действием силы скатится в один из них, нарушая симметрию — Карандаш, поставленный на торец на столе, не имеет никакого выбранного направления в плоскости стола, однако под действием силы упадет, выбрав какое-либо псевдослучайное (зависимое от флуктуаций) направление. Круглый металлический стержень, зажатый между пластинами пресса, при достаточной силе согнется, причем направление сгиба и зависит от флуктуаций. Начальная осевая симметрия стержня спонтанно нарушается. Растяжение резинки приводит к ее удлинению и уменьшение в ширине. При определенном значении растягивающей силы она рвется в определенном месте, хотя для идеальной математической резинки все места являются равновероятными. Причиной «нарушения» симметрии являются флуктуации толщины резинки — рвется, там где тоньше. Идеальная резинка растянулась бы до появления атомов и порвалась бы, когда энергия растягивающей силы стала бы равной суммарной энергии связи атомов:

Таким образом, спонтанное нарушение симметрии является чрезвычайно распространенным явлением во всех областях физики, начиная от классической механики, заканчивая квантовой гравитацией.

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]