กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 8 นาที

คลาสสากล

ใน กลศาสตร์สถิติ คลาสความเป็นสากล [ 1 ] คือ ชุดของ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ที่มี ขีดจำกัด ที่ไม่ขึ้นกับมาตราส่วน ภายใต้ การไหล ของกลุ่มการปรับมาตรฐาน...

คลาสสากล

ในกลศาสตร์สถิติคลาสความเป็นสากล [ 1 ] คือชุดของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มี ขีดจำกัด ที่ไม่ขึ้นกับมาตราส่วนภายใต้ การไหล ของกลุ่มการปรับมาตรฐานแม้ว่าแบบจำลองภายในคลาสอาจแตกต่างกันที่มาตราส่วนจำกัด แต่พฤติกรรมของแบบจำลองเหล่านั้นจะมีความคล้ายคลึงกันมากขึ้นเมื่อเข้าใกล้มาตราส่วนจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์ เชิงอะซิมโทติกเช่นเลขชี้กำลังวิกฤตจะเหมือนกันสำหรับแบบจำลองทั้งหมดในคลาส

ตัวอย่างที่ได้รับการศึกษาอย่างดี ได้แก่ ชั้นความเป็นสากลของแบบจำลอง Isingหรือทฤษฎีการ ซึมผ่าน ณ จุด เปลี่ยนเฟสของแต่ละ แบบจำลอง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นกลุ่มของชั้น โดยมีหนึ่งชั้นสำหรับแต่ละมิติของโครงตาข่าย โดยทั่วไป กลุ่มของชั้นความเป็นสากลจะมีมิติวิกฤต ล่างและบน : ต่ำกว่ามิติวิกฤตล่าง ชั้นความเป็นสากลจะเสื่อมสภาพ (มิตินี้คือ 2 สำหรับแบบจำลอง Ising หรือสำหรับการซึมผ่านแบบมีทิศทาง แต่เป็น 1 สำหรับการซึมผ่านแบบไม่มีทิศทาง) และเหนือมิติวิกฤตบน เลขชี้กำลังวิกฤตจะคงที่และสามารถคำนวณได้โดยใช้ทฤษฎีสนามเฉลี่ย แบบอนาล็อก (มิตินี้คือสำหรับ Ising หรือสำหรับการซึมผ่านแบบมีทิศทาง และ 6 สำหรับการซึมผ่านแบบไม่มีทิศทาง)

นิยามของเลขชี้กำลังวิกฤต

ค่าเลขชี้กำลังวิกฤตบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างของระบบเมื่อพารามิเตอร์ควบคุมเข้าใกล้จุดวิกฤต สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากอุณหภูมิ โดยทั่วไปจะกำหนดอุณหภูมิที่ลดลง และสำหรับค่าที่เล็กค่าที่สังเกตได้ต่างๆ จะเป็นไปตามกฎกำลังของ:

  • เลขชี้กำลังคือเลขชี้กำลังที่เชื่อมโยงความร้อนจำเพาะ C กับอุณหภูมิที่ลดลง: เรามี. โดยปกติแล้วความร้อนจำเพาะจะมีค่าเป็นเอกฐานที่จุดวิกฤต แต่เครื่องหมายลบในนิยามของช่วยให้ค่าดังกล่าวคงเป็นบวกได้
  • เลขชี้กำลังนี้เชื่อมโยงพารามิเตอร์อันดับกับอุณหภูมิ ซึ่งแตกต่างจากเลขชี้กำลังวิกฤตส่วนใหญ่ โดยปกติแล้วจะถือว่าเลขชี้กำลังนี้เป็นบวก เนื่องจากพารามิเตอร์อันดับมักจะมีค่าเป็นศูนย์ที่จุดวิกฤต ดังนั้นเราจึงได้.
  • เลขชี้กำลังแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับการตอบสนองของระบบต่อแรงขับภายนอกหรือสนามแหล่งกำเนิดโดยที่ J คือแรงขับ
  • เลขชี้กำลังเชื่อมโยงพารามิเตอร์ลำดับกับสนามแหล่งกำเนิดที่อุณหภูมิวิกฤต ซึ่งความสัมพันธ์นี้จะกลายเป็นแบบไม่เชิงเส้น เรามี(ดังนั้น) โดยมีความหมายเช่นเดียวกับก่อนหน้านี้
  • เลขชี้กำลังแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของความสัมพันธ์ (เช่น บริเวณของเฟสที่เป็นระเบียบ) กับอุณหภูมิ โดยเมื่อห่างจากจุดวิกฤต ความสัมพันธ์เหล่านี้จะถูกกำหนดโดยความยาวความสัมพันธ์เรามี
  • เลขชี้กำลังนี้ใช้วัดขนาดของความสัมพันธ์ที่อุณหภูมิวิกฤต โดยกำหนดไว้เพื่อให้ฟังก์ชันความสัมพันธ์ของพารามิเตอร์ลำดับแปรผันตาม
  • เลขชี้กำลังที่ใช้ในทฤษฎีการซึมผ่านนั้นวัดขนาดของกลุ่มที่ใหญ่ที่สุด (โดยประมาณคือบล็อกที่มีระเบียบขนาดใหญ่ที่สุด) ที่ 'อุณหภูมิ' (ความน่าจะเป็นของการเชื่อมต่อ) ต่ำกว่าจุดวิกฤต ดังนั้น.
  • เลขชี้กำลังซึ่งได้มาจากทฤษฎีการซึมผ่าน เช่นกัน วัดจำนวนคลัสเตอร์ ขนาด s ที่อยู่ห่างไกลจาก (หรือจำนวนคลัสเตอร์ที่จุดวิกฤต): โดยที่ตัวประกอบถูกกำจัดออกไปที่ความน่าจะเป็นวิกฤต

ค่าเลขชี้กำลังวิกฤตไม่ขึ้นอยู่กับรายละเอียดระดับจุลภาคของแบบจำลอง แต่ขึ้นอยู่กับมิติ สมมาตร และช่วงของการปฏิสัมพันธ์ (กล่าวคือ ขึ้นอยู่กับชั้นความเป็นสากลเท่านั้น) ในบางกรณีที่หายาก ค่าเลขชี้กำลังวิกฤตที่ควบคุมพฤติกรรมด้านล่างและด้านบนของจุดวิกฤตอาจไม่เหมือนกัน

รายชื่อเลขชี้กำลังวิกฤต

สำหรับสมมาตร กลุ่มที่ระบุไว้จะให้สมมาตรของพารามิเตอร์ลำดับ กลุ่มดังกล่าวคือกลุ่มสมมาตรnองค์ประกอบคือกลุ่มตั้งฉากในมิติnคือกลุ่มวัฏจักรลำดับที่ 2 (ความสมมาตรพาริตี หรือสมมาตรไอซิง) และ1คือ กลุ่มที่ ไม่สำคัญ ผลลัพธ์ ของทฤษฎีสนามเฉลี่ยระบุด้วย (MF) ในแบบจำลอง Ashkin-Teller สองมิติ เลขชี้กำลังโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์อย่างต่อเนื่องตามเส้นวิกฤต[ 2 ]แบบจำลองทรงกลมสามารถมองได้ว่าเป็นขีดจำกัดของสมมาตร[ 3 ]

ระดับ มิติสมมาตร
พอตต์ส 3 รัฐ21/31/913/9145/64/15
แอชกิน-เทลเลอร์ (ที่จุดพ็อตส์ 4 สถานะ) 22/31/127/6152/31/4
การซึมผ่านแบบธรรมดา1110111
212/35/3643/1891/54/35/24
31−0.625(3)0.4181(8)1.793(3)5.29(6)0.87619(12)0.46(8) หรือ 0.59(9)
41−0.756(40)0.657(9)1.422(16)3.9 หรือ 3.198(6)0.689(10)−0.0944(28)
51≈ −0.850.830(10)1.185(5)3.00.569(5)−0.075(20) หรือ −0.0565
6 + ( MF )1−11121/20
การซึมผ่านแบบกำหนดทิศทาง110.159464(6)0.276486(8)2.277730(5)0.159464(6)1.096854(4)0.313686(8)
210.4510.536(3)1.600.4510.733(8)0.230
310.730.813(9)1.250.730.584(5)0.12
4 + ( MF )111111/20
การซึมผ่านแบบมีทิศทางที่ได้รับการอนุรักษ์ (Manna หรือ "ส่วนต่อประสานเชิงเส้นเฉพาะที่") 110.28(1)0.14(1)1.11(2) [ 4 ]0.34(2) [ 4 ]
210.64(1)1.59(3)0.50(5)1.29(8)0.29(5)
310.84(2)1.23(4)0.90(3)1.12(8)0.16(5)
4 + ( MF )111110
การซึมผ่านที่ได้รับการปกป้อง2 [ 5 ]15/4186/41
3 [ 5 ]10.28871(15)1.3066(19)
ไอซิง201/87/41511/4
3 [ 6 ]0.11008708(35)0.32641871(75)1.23707551(26)4.78984254(27)0.62997097(12)0.036297612(48)
4 + ( MF )01/2131/20
XY2คลาสสากลของเบเรซินสกี-คอสเตอร์ลิตซ์-เธาเลส
3 [ 7 ]−0.01526(30)0.34869(7)1.3179(2)4.77937(25)0.67175(10)0.038176(44)
4 + ( MF )01/2131/20
ไฮเซนเบิร์ก3 [ 8 ]−0.1336⁢(15)0.3689⁢(3)1.3960⁢(9)4.783⁢(3)0.7112⁢(5)0.0375⁢(5)
4 + ( MF )01/2131/20
ทรงกลม[ 9 ]1/20
4 + ( MF )01/2131/20
การเดินหลีกเลี่ยงตัวเอง1110111
211/25/6443/3291/53/45/24
310.2372090(12)0.3029190(8)1.1569530(10) [ 10 ]4.819348(15)0.5875970(4) [ 11 ]0.0310434(21)
4 + ( MF )101/2131/20

แบบจำลองไอซิง

ส่วนนี้แสดงรายการเลขชี้กำลังวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะเฟอร์โรแมกเนติกในแบบจำลองไอซิง ในฟิสิกส์เชิงสถิติ แบบจำลองไอซิงเป็นระบบที่ง่ายที่สุดที่แสดงการเปลี่ยนสถานะแบบต่อเนื่องที่มีพารามิเตอร์ลำดับแบบ สเกลาร์ และสมมาตร เลขชี้กำลังวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะเป็นค่าสากลและบ่งบอกถึงคุณสมบัติเฉพาะของปริมาณทางกายภาพ การเปลี่ยนสถานะเฟอร์โรแมกเนติกของแบบจำลองไอซิงสร้างชั้นความเป็นสากลที่สำคัญ ซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนสถานะที่หลากหลายแตกต่างกัน เช่นเฟอร์โรแมกเนติซึมใกล้จุดคิวรีและ การ เกิด โอปาเลสเซนซ์วิกฤตของของเหลวใกล้จุดวิกฤต

d=2d=3d=4การแสดงออกทั่วไป
α0 0.11008708(35) 0
เบต้า1/8 0.32641871(75) 1/2
γ7/4 1.23707551(26) 1
δ15 4.78984254(27) 3
η1/4 0.036297612(48) 0
ν1 0.62997097(12) 1/2
ω2 0.82966(9) 0

จากมุมมองของทฤษฎีสนามควอนตัม เลขชี้กำลังวิกฤตสามารถแสดงได้ในรูปของ มิติการปรับขนาดของตัวดำเนินการเฉพาะที่ของทฤษฎีสนามคอนฟอร์มอลที่อธิบายการเปลี่ยนเฟส[ 12 ] (ในคำอธิบายของGinzburg–Landauตัวดำเนินการเหล่านี้โดยปกติเรียกว่า) นิพจน์เหล่านี้แสดงอยู่ในคอลัมน์สุดท้ายของตารางข้างต้น และใช้ในการคำนวณค่าของเลขชี้กำลังวิกฤตโดยใช้ค่ามิติของตัวดำเนินการจากตารางต่อไปนี้:

d=2 d=3 d=4
1/8 0.518148806(24) [ 6 ]1
1 1.41262528(29) [ 6 ]2
4 3.82966(9) [ 13 ] [ 14 ]4

ใน d=2 ค่าเลขชี้กำลังวิกฤตของแบบจำลอง Ising วิกฤตสองมิติ สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำโดยใช้ แบบจำลองขั้นต่ำ ใน d=4 คือทฤษฎีสเกลาร์ไร้มวลอิสระ (เรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีสนามเฉลี่ย ) ทฤษฎีทั้งสองนี้ได้รับการแก้ไขอย่างแม่นยำ และคำตอบที่แม่นยำจะให้ค่าที่รายงานในตาราง

ทฤษฎี d=3 ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างแม่นยำ ผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุดมาจากการ บูตสแตร ปแบบคอนฟอร์มอล[ 6 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]ค่าเหล่านี้เป็นค่าที่รายงานในตารางวิธีการกลุ่มการปรับมาตรฐาน[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] การจำลองมอนเตคาร์โล[ 23 ]และตัวควบคุมทรงกลมฟัซซี[ 24 ]ให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับการบูตสแตรปแบบคอนฟอร์มอล แต่มีความแม่นยำน้อยกว่าหลายลำดับ

คลาสสากลของเบเรซินสกี-คอสเตอร์ลิตซ์-เธาเลส

การเปลี่ยนเฟสที่มีอยู่ใน แบบจำลอง XYสองมิติและตัวนำยิ่งยวดถูกควบคุมโดยคลาสสากลที่แตกต่างกัน คือการเปลี่ยนเฟส Berezinskii–Kosterlitz–Thouless [ 2 ] เฟสที่ไม่เป็นระเบียบ (เฟสอุณหภูมิสูง) ประกอบด้วยกระแสน้ำวนอิสระ ในขณะที่เฟสที่เป็นระเบียบ (เฟสอุณหภูมิต่ำ) ประกอบด้วยกระแสน้ำวนที่ถูกผูกไว้ ณ การเปลี่ยนเฟส พลังงานอิสระและอนุพันธ์ทั้งหมดของมันมีความต่อเนื่อง ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนเฟสลำดับอนันต์ใน การจำแนกประเภท ของ Ehrenfest

ปริมาณทางเทอร์โมไดนามิกส์ไม่แสดงภาวะเอกฐานแบบกฎกำลัง เหมือนกับที่เกิดขึ้นในการเปลี่ยนเฟสอันดับสอง แต่เหนือจุดวิกฤตความยาวสหสัมพันธ์จะแปรผันตาม โดยที่เป็นค่าคงที่และความไวต่อการเปลี่ยนแปลงคือ โดยที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (และ) ความร้อนจำเพาะมีค่าจำกัดที่ ฟังก์ชันสหสัมพันธ์สองจุดแปรผันตามสำหรับในขณะที่มันมีพฤติกรรมเป็น สำหรับ

ปรากฏการณ์การเติบโต

ในการเติบโตแบบเอพิเท็กเซียล[ 25 ] [ 26 ]มีการเปลี่ยนแปลงความหยาบของพื้นผิว จากเรียบระดับอะตอมไปเป็นหยาบ ความผันผวนของค่าเฉลี่ยกำลังสองของความสูงของพื้นผิวที่เปลี่ยนแปลงไป (ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของความหยาบ) จะเพิ่มขึ้นใน ตอนเริ่มต้น และในที่สุดจะอิ่มตัวที่ค่าที่ขึ้นอยู่ กับขนาดเรียกว่าเลขชี้กำลังการเติบโต และคือเลขชี้กำลังความหยาบ เวลาเปลี่ยนผ่านระหว่างสองระบอบขึ้นอยู่กับขนาดของระบบเป็น โดยที่คือเลขชี้กำลังไดนามิกที่สอดคล้องกับกฎการปรับขนาด แบบจำลองArcetri (ที่มีมิติวิกฤตบน) อยู่ระหว่างสมการ Edwards-Wilkinson และ Kardar-Parisi-Zhang ในทำนองเดียวกันกับตำแหน่งของแบบจำลองทรงกลมระหว่างทฤษฎีสนามเฉลี่ยและแบบจำลอง Ising

ระดับ มิติ
เอ็ดเวิร์ดส์-วิลกินสัน (EW)
อาร์เซทรี[ 27 ]
อาร์เซทรี
คาร์ดาร์-ปาริซี-จาง (KPZ) [ 28 ]
มัลลินส์-เฮอร์ริง (MH)
การปลูกผลึกด้วยลำแสงโมเลกุล (MBE)

สำหรับรายการค่าที่วัดได้จากการทดลองของเลขชี้กำลังเหล่านี้ สามารถดูได้ที่ [ 27 ]

อ่านเพิ่มเติม

  • คลาสสากลจาก Sklogwiki
  • Creswick, Richard J.; Kim, Seung-Yeon (1997). "เลขชี้กำลังวิกฤตของแบบจำลอง Potts สี่สถานะ". Journal of Physics A: Mathematical and General . 30 (24): 8785– 8786. arXiv : cond-mat/9701018 . doi : 10.1088/0305-4470/30/24/036 . S2CID  16687747 .
  • เฮงเค็ล ม.; ฮินริชเซ่น, เอช.; ลือเบค, เอส. (2008) การเปลี่ยนเฟสที่ไม่สมดุล เล่มที่ 1: การดูดซับการเปลี่ยนเฟส สปริงเกอร์. ไอเอสบีเอ็น 978-1-4020-8765-3.
  • Ódor, Géza (2004). "คลาสความเป็นสากลในระบบแลตติสที่ไม่สมดุล". บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ 76 ( 3): 663– 724. arXiv : cond-mat/0205644 . Bibcode : 2004RvMP...76..663O . doi : 10.1103/RevModPhys.76.663 .
  • Zinn-Justin, Jean (2002). ทฤษฎีสนามควอนตัมและปรากฏการณ์วิกฤต . อ็อกซ์ฟอร์ด: สำนักพิมพ์แคลเรนดอน. ISBN 0-19-850923-5.
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Universality_class&oldid=1346713676 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ คลาสสากล

ใน กลศาสตร์สถิติ คลาสความเป็นสากล [ 1 ] คือ ชุดของ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ที่มี ขีดจำกัด ที่ไม่ขึ้นกับมาตราส่วน ภายใต้ การไหล ของกลุ่มการปรับมาตรฐาน...

นิยามของเลขชี้กำลังวิกฤต

ค่าเลขชี้กำลังวิกฤตบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างของระบบเมื่อพารามิเตอร์ควบคุมเข้าใกล้จุดวิกฤต สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากอุณหภูมิ โดยทั่วไปจะกำหนด อุณหภูมิที่ลดลง และสำหรับค่าที่เล็กค่าที่สังเกตได้ต่างๆ จะเป็นไปตามกฎกำลังของ: τ = (...

รายชื่อเลขชี้กำลังวิกฤต

สำหรับสมมาตร กลุ่มที่ระบุไว้จะให้สมมาตรของพารามิเตอร์ลำดับ กลุ่มดังกล่าวคือ กลุ่มสมมาตร n องค์ประกอบคือกลุ่ม ตั้งฉาก ในมิติ n คือ กลุ่มวัฏจักร ลำดับที่ 2 (ความสมมาตรพาริตี หรือสมมาตรไอซิง) และ 1 คือ กลุ่มที่ ไม่ สำคัญ ผลลัพธ์ ของทฤษฎีสนามเฉลี่ย ระบุด้วย (MF)...

แบบจำลองไอซิง

ส่วนนี้แสดงรายการเลขชี้กำลังวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะเฟอร์โรแมกเนติกในแบบจำลองไอซิง ในฟิสิกส์เชิงสถิติ แบบจำลองไอซิงเป็นระบบที่ง่ายที่สุดที่แสดงการเปลี่ยนสถานะแบบต่อเนื่องที่มี พารามิเตอร์ลำดับแบบ สเกลาร์ และสมมาตร...