继续,这一节是宇称守恒定律,按照之前的观点,每一种守恒定律都对应着一种变换的不变性。像能量守恒,对应时间不变性,动量守恒是空间平移不变性,角动量守恒是空间旋转不变性,宇称守恒则是空间反演不变性。
关于这些不变性的详细讨论,其实就是连续群的一些理论,比如李群,就是连续群,不仅满足代数性质,还具有拓扑性质。李代数中的乘法,李括号,微分几何中的对易子,和对易关系十分相像,说明肯定是有联系的,不过,感觉这些东西都是比较深入的,想要去了解还是有一定门槛的,因为通常的书只是为了入门,给出全面的概览。之前看四元数,里面也涉及了很多变换群,有的是有限群,有的是无限群,无限群中有的是离散的,有的是连续的。像晶体的对称群就是有限群,三维四维旋转群是连续群。然后从中得到了经典力学中一些对易关系,看半天也没看懂,感觉还挺复杂的。
回到正题,宇称就是波函数的奇偶性质,因为反演变换就是把三个方向的坐标都反号,正向变为负向,反应到波函数上就是,如果是偶函数,自然就是相等的,如果是奇函数,那就是加个负号。当然,按照书上的,那就通过算符来得出这个结论,定义反演算符,寻找这个算符对波函数的作用效果。
宇称守恒,就是一个态,如果已经确定具有奇偶性,那么随时间演进,奇偶性不变。结合之前的态的跃迁的一些描述,于是,一些态之间的跃迁就是禁止的,比如将一个奇的波函数,跃迁为一个偶的波函数就是不可行的。考虑到跃迁矩阵元和本征函数和算符都有关系,本征函数因为共轭前后是不影响奇偶性,所以必然是奇乘奇,偶乘偶,结果还是偶的,所以关键就在于算符的奇偶性了,物理量分为标量和矢量,对应的算符自然分为标量算符和矢量算符。在这里就出现了区分。
首先,矢量分为极矢量和轴矢量,极矢量是单纯的矢量,根据坐标来直接表示的,坐标反演后显然变号,但是,轴矢量是矢量通过外积得到的,因为是两个矢量的乘积,所以坐标反演后,因为两次变号反而抵消了。由于标量可通过矢量点积得到,所以标量也分为两种,一种是真标量,单纯的数,或者两个同型矢量的点积,反演后值不变,另一种是赝标量,是两个异型矢量的点积,反演后变号。
由于上面的分类,所以算符就分为了四种,真标量算符,对应矩阵元要求始末态宇称相同,赝标量算符,宇称相反,极矢量算符,宇称相反,轴矢量算符,宇称相同。
角动量相加,弱相互作用的各部分构成的系统,系统波函数可近似表示为各部分的波函数的乘积,各部分的角动量之间自然也存在一些相加关系,并且类似的各部分的宇称也有这样的加法关系。具体的,角动量比较麻烦,宇称就是奇偶函数的乘积性质。
写这么多,有点累啊,这些东西比较陌生,想要从学过的见过的东西中找到类似的规律比较困难,所以就陷入两难了,想要提出自己的理解,就只能从比较抽象的层面来讲,而基础知识的铺垫也是必不可少。也是一个通病了,想要深入,就必须自己参与其中,去学习,泛泛而谈的话,可选的话题就很少了,说来说去也只有那几个了。
总之,这一章总算结束了,遗留的问题,一个是矩阵元,一个是球谐函数。特殊函数理论,也在看,虽然推导确实挺长的,不过,感觉有点意思,通过无穷级数,调整求和顺序得到不同的表达式,实现变量分离,结果就得到了许多看着很规整的递推规律,反映了一种复杂和简单的反差美。一个简单的规律,却需要复杂形式的函数来满足,一个复杂的公式,也可以通过各种代换,变为简单的表达。这些规律其实可以看作对非线性函数的探索,非线性涵盖的内容就太多了。听人说超几何函数一定程度上统一了很大一类的特殊函数,想要去领略一番。
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