מדענים מאוניברסיטת ביירוית בגרמניה
התגלה
צורה חדשה של סימטריה במכניקה סטטיסטית שיכולה לפשט את ההבנה של קשרים בסיסיים בתחום זה של הפיזיקה. גילוי זה קשור למה שנקרא "כוח יתר" – מושג חדש המתאר את היחסים בין כמויות פיזיות שניתנות לצפייה.
סימטריה, העומדת בבסיס תיאוריות פיזיקליות רבות, מאפשרת לנו לזהות תכונות שנשארות ללא שינוי תחת טרנספורמציות מסוימות. עקרון זה הפך לבסיס למושגים כמו חוקי שימור האנרגיה והתנע, תורת היחסות ומכניקת הקוונטים. החוקרים הראו שהסימטריה החדשה שלהם קשורה לטרנספורמציות במרחב הפאזה, המתארת את מיקומם ומומנטים של חלקיקים. במסגרת חקר המכניקה הסטטיסטית, ניתן היה לגזור קשרים מדויקים בין מאפיינים מקומיים של המערכת, כגון צפיפות החלקיקים והכוחות הפועלים עליהם.
עבודתם של מדענים מבוססת על העקרונות
המשפטים של נואת'ר
לפיה כל סימטריה רציפה מתאימה לכמות שמורה. בהקשר של מכניקה סטטיסטית, סימטריה פתוחה פועלת כ"טרנספורמציה של מד" עבור מיקרו-מצבים, המאפשרת לזהות קשרים חדשים בין פרמטרי מערכת.
המתודולוגיה נבדקה באמצעות ניסויים מספריים על מערכת של מוטות קשיחים במרחב חד מימדי. המחקר הראה שהסימטריה המוצעת נשמרת גם תחת טרנספורמציות חלל שלב סופי, מה שסלל את הדרך לחישובים יעילים יותר. הגישה המוצעת יכולה להפחית את עלויות המידול ולהפחית את טביעת הרגל הפחמנית החישובית.
התוצאות שהתקבלו יכולות למצוא יישום במדעי החומרים ובביולוגיה מולקולרית, שם כבר נעשה שימוש פעיל בסימולציות המבוססות על מכניקה סטטיסטית. בעתיד מתוכנן להרחיב את המחקר במאפיינים הדינמיים של מערכות, לרבות תהליכים מחוץ לשיווי משקל, שיקרבו את הגישות של מכניקה סטטיסטית ופיזיקה קוונטית.
אלכסנדר אנטיפוב
קישור למקור
