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旋量
鎖定
旋量釋義
在數學幾何學與物理中,旋量是復矢量空間中的的元素。旋量乃自旋羣的表象,類似於歐幾里得空間中的矢量以及更廣義的張量,當歐幾里得空間進行無限小旋轉時,旋量做相應的線性轉換。當如此一系列這樣的小旋轉組合成一定量的旋轉時,這些旋量轉換的次序會造成不同的組合旋轉結果,與矢量或張量的情形不同。當空間從0°開始,旋轉了完整的一圈(360°),旋量發生了正負號變號(見圖),這個特徵即是旋量最大的特點。在一給定維度下,需要旋量才能完整地描述旋轉,如此引入了額外數量的維度。
在閔可夫斯基空間的情形,也可以定義出相似的旋量,其中狹義相對論的洛倫茲轉換扮演旋轉的角色。旋量最先是由埃利·嘉當於1913年引入幾何學。在1920年代,物理學家發現若要描述電子及其他次原子粒子的內稟角動量或自旋,旋量為不可或缺的角色。旋量羣為所有旋轉相關的旋量所構成的羣,其二重覆疊了旋轉羣,因為每個完整旋轉結果皆有兩種不同但等效的旋轉方式。
旋量概論
一種特定的旋量是旋轉羣(李羣SO(n,R))的投影表示中的元素,或更廣義地説,是SO(p,q,R)羣的投影表示中的元素。
旋量常被描述成“矢量的平方根”,因為矢量表示會出現在兩個相同旋量表示的張量積。
旋量中最典型的是狄拉克旋量。
旋量數學性質
一者是表示論架構。正交羣的李代數中,有一些羣表示無法以尋常的張量來建構,這些羣表示稱之為旋量羣表示,組成成分即旋量。在此觀點下,旋量屬於旋轉羣的二重複疊的表示SO(n, R);更廣義的情形,其為度規記號為(p, q)之空間中,廣義特殊正交羣的二重複疊SO(p, q, R)。這些二重複疊為稱作旋量羣Spin(n)或Spin(p, q)的李羣。
二者是幾何架構。人們可以直接建構旋量,並檢視相關李羣操作下旋量的行為。此方法的優點是直觀,但對旋量的複雜性質則難以處理,例子包括菲爾茲恆等式。
旋量歷史
埃利·嘉當於1913年提出旋量的最廣義數學形式。“旋量”一詞則是首先出現在保羅·埃倫費斯特的量子物理論文中。
1927年,沃爾夫岡·泡利將旋量應用至數學物理,當時他引入了自旋矩陣。隔年,保羅·狄拉克發現了相對論性的電子自旋理論,其中展示了旋量與洛倫茲羣的關連。於1930年代,狄拉克、皮亞特·海恩以及玻爾研究所的其他研究者建立了Tangloids之類的玩具,作為旋量的教學以及旋量微積分的模型。
旋量相關條目
- 狄拉克旋量
- 三維空間中的旋量