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 | มิติ | สมมาตร | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| พอตต์ส 3 รัฐ | 2 | 1/3 | 1/9 | 13/9 | 14 | 5/6 | 4/15 | |
| แอชกิน-เทลเลอร์ (ที่จุดพ็อตส์ 4 สถานะ) | 2 | 2/3 | 1/12 | 7/6 | 15 | 2/3 | 1/4 | |
| การซึมผ่านแบบธรรมดา | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 2 | 1 | − 2/3 | 5/36 | 43/18 | 91/5 | 4/3 | 5/24 | |
| 3 | 1 | −0.625(3) | 0.4181(8) | 1.793(3) | 5.29(6) | 0.87619(12) | 0.46(8) หรือ 0.59(9) | |
| 4 | 1 | −0.756(40) | 0.657(9) | 1.422(16) | 3.9 หรือ 3.198(6) | 0.689(10) | −0.0944(28) | |
| 5 | 1 | ≈ −0.85 | 0.830(10) | 1.185(5) | 3.0 | 0.569(5) | −0.075(20) หรือ −0.0565 | |
| 6 + ( MF ) | 1 | −1 | 1 | 1 | 2 | 1/2 | 0 | |
| การซึมผ่านแบบกำหนดทิศทาง | 1 | 1 | 0.159464(6) | 0.276486(8) | 2.277730(5) | 0.159464(6) | 1.096854(4) | 0.313686(8) |
| 2 | 1 | 0.451 | 0.536(3) | 1.60 | 0.451 | 0.733(8) | 0.230 | |
| 3 | 1 | 0.73 | 0.813(9) | 1.25 | 0.73 | 0.584(5) | 0.12 | |
| 4 + ( MF ) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1/2 | 0 | |
| การซึมผ่านแบบมีทิศทางที่ได้รับการอนุรักษ์ (Manna หรือ "ส่วนต่อประสานเชิงเส้นเฉพาะที่") | 1 | 1 | 0.28(1) | 0.14(1) | 1.11(2) [ 4 ] | 0.34(2) [ 4 ] | ||
| 2 | 1 | 0.64(1) | 1.59(3) | 0.50(5) | 1.29(8) | 0.29(5) | ||
| 3 | 1 | 0.84(2) | 1.23(4) | 0.90(3) | 1.12(8) | 0.16(5) | ||
| 4 + ( MF ) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | ||
| การซึมผ่านที่ได้รับการปกป้อง | 2 [ 5 ] | 1 | 5/41 | 86/41 | ||||
| 3 [ 5 ] | 1 | 0.28871(15) | 1.3066(19) | |||||
| ไอซิง | 2 | 0 | 1/8 | 7/4 | 15 | 1 | 1/4 | |
| 3 [ 6 ] | 0.11008708(35) | 0.32641871(75) | 1.23707551(26) | 4.78984254(27) | 0.62997097(12) | 0.036297612(48) | ||
| 4 + ( MF ) | 0 | 1/2 | 1 | 3 | 1/2 | 0 | ||
| XY | 2 | — | คลาสสากลของเบเรซินสกี-คอสเตอร์ลิตซ์-เธาเลส | |||||
| 3 [ 7 ] | −0.01526(30) | 0.34869(7) | 1.3179(2) | 4.77937(25) | 0.67175(10) | 0.038176(44) | ||
| 4 + ( MF ) | 0 | 1/2 | 1 | 3 | 1/2 | 0 | ||
| ไฮเซนเบิร์ก | 3 [ 8 ] | −0.1336(15) | 0.3689(3) | 1.3960(9) | 4.783(3) | 0.7112(5) | 0.0375(5) | |
| 4 + ( MF ) | 0 | 1/2 | 1 | 3 | 1/2 | 0 | ||
| ทรงกลม | [ 9 ] | 1/2 | 0 | |||||
| 4 + ( MF ) | 0 | 1/2 | 1 | 3 | 1/2 | 0 | ||
| การเดินหลีกเลี่ยงตัวเอง | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 2 | 1 | 1/2 | 5/64 | 43/32 | 91/5 | 3/4 | 5/24 | |
| 3 | 1 | 0.2372090(12) | 0.3029190(8) | 1.1569530(10) [ 10 ] | 4.819348(15) | 0.5875970(4) [ 11 ] | 0.0310434(21) | |
| 4 + ( MF ) | 1 | 0 | 1/2 | 1 | 3 | 1/2 | 0 | |
แบบจำลองไอซิง
ส่วนนี้แสดงรายการเลขชี้กำลังวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะเฟอร์โรแมกเนติกในแบบจำลองไอซิง ในฟิสิกส์เชิงสถิติ แบบจำลองไอซิงเป็นระบบที่ง่ายที่สุดที่แสดงการเปลี่ยนสถานะแบบต่อเนื่องที่มีพารามิเตอร์ลำดับแบบ สเกลาร์ และสมมาตร เลขชี้กำลังวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะเป็นค่าสากลและบ่งบอกถึงคุณสมบัติเฉพาะของปริมาณทางกายภาพ การเปลี่ยนสถานะเฟอร์โรแมกเนติกของแบบจำลองไอซิงสร้างชั้นความเป็นสากลที่สำคัญ ซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนสถานะที่หลากหลายแตกต่างกัน เช่นเฟอร์โรแมกเนติซึมใกล้จุดคิวรีและ การ เกิด โอปาเลสเซนซ์วิกฤตของของเหลวใกล้จุดวิกฤต
| d=2 | d=3 | d=4 | การแสดงออกทั่วไป | |
|---|---|---|---|---|
| α | 0 | 0.11008708(35) | 0 | |
| เบต้า | 1/8 | 0.32641871(75) | 1/2 | |
| γ | 7/4 | 1.23707551(26) | 1 | |
| δ | 15 | 4.78984254(27) | 3 | |
| η | 1/4 | 0.036297612(48) | 0 | |
| ν | 1 | 0.62997097(12) | 1/2 | |
| ω | 2 | 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.
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...