凝聚態物理中的 duality 有何含義?

時間 2021-06-03 04:31:42

1樓:xdra

這個概念貌似特別廣,也是超級強大。有一類情形是在二維平面圖上的經典統計物理模型。在統計物理中,如果你考慮正方晶格上的Ising模型,對於乙個給定的溫度 ,你用高溫展開和低溫展開來分別將配分函式寫成級數求和,你就會發現這兩個級數結構完全一樣,唯一區別在於乙個不重要的整體係數和展開中的小量。

公式中, 為配分函式,對於(某乙個特定的)高溫展開和低溫展開,展開小量分別為 和 。如果加上系統存在且只存在乙個相變點 的假設,那麼後果就是配分函式在 上會出現奇異性。而配分函式的結構就要求奇異點就必須滿足:

因此相變點是 。也就是說不用通過求配分函式直接可以匯出正方格仔上Ising模型的相變點。在歷史上,確實也是先知道了臨界點再知道配分函式的。

上面是最經典的乙個例子,其實更嚴格的說是self duality.也就是自己和自己dual,這源於正方格仔的對偶晶格還是正方格仔。對於二維一般格仔,上面的結論可以推廣,這時候duality 將格仔和其對偶格仔的配分函式聯絡了起來,比如三角格仔和六角格仔。

總結一下,duality可以說是兩個模型的一種對應關係;self duality中,兩個模型是同乙個模型,但是引數不同,這時候可以看成是看待同乙個問題不同的角度。與此相似的是,乙個數學上更簡單的例子就是高斯分布和它的對偶分布(將高斯分布做Fourier變換得到的分布),這兩個都是高斯分布,只是方差存在乙個對應:乙個很大,那麼對偶的就很小,反之亦然,這其實就是諧振子基態位置和動量對應的分布,這裡也直接反應了不確定性原理。

可以看出上述所有的都和高能理論中那些Ads/CFT之類高大上的對偶相似:都是強弱對偶。

至於最早的起源,在Kadanoff的統計物理教課書中,他追溯到了Possion求和公式。

2樓:braveheart

不知道最早。

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