Friday, October 18, 2013

但是我记得SU(2)是单连通的,而S^2显然单连通,因此这个乘积空间的基本群应该是平凡的。换句话说,参数空间中的任意闭合曲线都可以收缩为一点,进而如果dA=0,那么A沿闭合曲线积分一定为0.

但是我记得SU(2)是单连通的,而S^2显然单连通,因此这个乘积空间的基本群应该是平凡的。换句话说,参数空间中的任意闭合曲线都可以收缩为一点,进而如果dA=0,那么A沿闭合曲线积分一定为0.

我大概明白你的意思了,你的A并不是一个外加的规范场,而是Berry联络吧?这个联络是参数流形SU(2)XS^2上的函数,而你的相位则是联络沿流形上一条闭合曲线的积分。所以现在重要的其实并不是联络A的同伦分类,而是参数流形和拓扑结构。但是我记得SU(2)是单连通的,而S^2显然单连通,因此这个乘积空间的基本群应该是平凡的。换句话说,参数空间中的任意闭合曲线都可以收缩为一点,进而如果dA=0,那么A沿闭合曲线积分一定为0.

我不太了解你的相位是如何由联络计算出来的,因为这里的情况和Berry相并不完全一样。不过我觉得你可以关注一个问题,如果相位直接等于联络沿闭合线的积分,那么斯托克斯定理直接要求其等于dA的面积分,而不是F的面积分。但你前面提到的结果是dA+[A,A]=0,这并不要求所有A沿闭合线积分为0。





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流形拓扑平庸的判据

大家好,本人是物理系的学生,由于最近接触到场论的东西,但是对微分几何方面的知识不是很熟悉。所以想请教一下各位数学高手。

我在研究中遇到的问题是:在系统中存在非阿贝尔的规范势A(应该相当于微分几何的1形式吧),但是它所对应的场强F(即2形式)为零,即该参数空间的曲率为零,请问这个系统是不是拓扑平庸的?或者话换句话说,一个流形拓扑平庸的判据是什么?
谢谢大家啦
不懂帮顶
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  • 2楼
  • 2013-05-05 17:11
你说的是这个F=dA+[A,A]?要是这个,那么F哪里一定为零了?
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  • 3楼
  • 2013-05-05 17:20

@cloudk 这个就是我要说的A=(A_\theta,A_\phi),\theta,\phi即空间的球坐标。
场强
代进去可以算出F=0,即空间的曲率为零。这是否意味着这个空间是拓扑平庸的呢?
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  • 4楼
  • 2013-05-05 18:00
  • CloudK: 我不明白你想说什么...要是单算这个,你把A换到直角坐标下算一下F就行了~~我是说A不为零的时候F可以为零也可以不为零,所以你总可以写个A然后让F=0,这有什么奇怪的?A的地位是丛上的联络,而F是曲率,就好比克氏符和Riemann张量一样,你在闵氏时空取一组弯曲的坐标系比如球坐标...
    2013-5-5 18:25回复
  • CloudK: (接上)此时克氏符非零,但曲率张量R_abcd还是为零,就等于你这里找个A不为零,但是F还是零一样,这种结果对应于类似AB效应的试验。另外,拓扑是否平庸不能只看曲率是否为零,那得看他的开覆盖是不是只有空集和它自己~~
    2013-5-5 18:27回复
  • lincokn: 回复 CloudK :换到直角坐标效果是一样的,用A算出来的F还是0
    2013-5-5 18:38回复
  • lincokn: 回复 CloudK :这个假如曲率为零的话,空间不就是一个平面吗?平面会有拓扑性质?不是很理解。F为零的话陈数也为零吧,是不是就没有洞了?
    2013-5-5 18:45回复
  • lincokn: 回复 CloudK :AB效应的话是可以找到一个包含磁通的路径的,但是这里的F处处为零即在所有theta,phi方向上都为零,这个很纠结。。。是不是要往更高的维度上找?
    2013-5-5 18:47回复
    • CloudK: 回复 lincokn :理论是曲率为零不见得就是平面,也可以是圆柱面,因为这么定义的是内曲率~你说的拓扑性质和陈数指的是什么?
      2013-5-5 19:55回复
    • lincokn: 回复 CloudK :陈数其实就是F的面积分,有点像高斯定理。其实我也不是很懂。。
      2013-5-5 21:35回复
    • CloudK: 回复 lincokn :哦~F对面积积分出来的是荷,确切说是磁荷,你取个Gauss闭合面一算就知道了,可以用Gauss定理~
      2013-5-5 23:53回复
    • CloudK: 回复 lincokn :多说一句你这里说的空间应该是主丛而不是时空,因为A是主丛上的联络,F是主丛上的曲率二形式,丛的结构群是SU(N)这样的~时空上的几何量对应的是克氏符(联络)和Riemann张量(曲率)~
      2013-5-6 01:13回复
    • CloudK: 回复 lincokn :不过这些东西严格说也是主丛(标价丛)诱导出来的,结构群是Local Lorentz群(有引力的,Global的情况对应平直时空)~
      2013-5-6 01:13回复
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应该看和乐吧...参照AB效应...
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  • 5楼
  • 2013-05-05 18:02
  • lincokn: 恩,AB效应虽然在路径上在的场强为零,但路径包含着一个磁通,即他是带有拓扑的。但是在这里全空间的场强都是零的,这个很纠结。。。
    2013-5-5 18:22回复
  • foozhencheng: 回复 @lincokn :弱弱地问一句:是不是该考虑空间有多少个洞?及空间的奇性?
    2013-5-5 18:24回复
  • ENGINEER波: 回复 lincokn :似乎要懂陈类才会这个问题...很可惜我不会...抱歉了...
    2013-5-5 18:25回复
  • ENGINEER波: 回复 lincokn :球坐标在极点处坐标奇性,会不会要考虑这个...
    2013-5-5 18:31回复
  • lincokn: 回复 foozhencheng :这个我也不理解。。所以我要请教
    2013-5-5 18:39回复
    • foozhencheng: 回复 @lincokn :乃觉得偶说滴靠谱吗?
      2013-5-5 18:48回复
    • lincokn: 回复 foozhencheng :陈数的话应该是F的面积分,F=0的话陈数为零,即没有洞的。无论是球坐标还是直角坐标算出来都是F=0.所以从空间奇性来考虑的话应该也不行。
      2013-5-5 19:07回复
    • ENGINEER波: 回复 lincokn :那这样应该就是拓扑平庸的了吧...不过陈类不是看纤维丛是不是整体平凡的吗......
      2013-5-5 20:08回复
    • lincokn: 回复 ENGINEER波 :你说的后半句真的不是很懂。。。。。
      2013-5-5 21:31回复
    • ENGINEER波: 回复 lincokn :这里应该说的是结构群为SU(2)的主丛吧...整体平凡就是纤维丛可以看成是底流形(那个球)X SU(2)
      2013-5-5 21:39回复
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@漫路长歌 帮楼主召唤大神
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  • 8楼
  • 2013-05-05 18:37
这就是希望丛上的曲率能完全代表流形上同调环,连切丛上这么想都做不到。
奇数维流形纯用曲率根本构不成不变量。
复丛的情况下,示性类可以完全地用曲率多项式来代表,但是对于流形本身的情况,切丛是实的,Stiefel-Whiteney类代表了系数为Z2的上同调群元,它代表流形的可定向性,自旋结构等等,Chern-Simons示性类,简单的例子,S1上复线从,e^iqθ是一个截面,联络-iqθ,曲率为0,Chern-Simons类非0,AB效应。
拓扑平庸还是看基本群同调群,示性类都是用来对同调群造成的障碍进行分类以及简化的。
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  • 10楼
  • 2013-05-05 23:06
  • lincokn: 大神。。。能不能讲得简单一点。太抽象了。能不能结合那个联络A讲讲应该怎么去理解你这些话,谢谢!
    2013-5-5 23:21回复
  • 漫路长歌: 回复 lincokn :一句话就是这玩意根本给不出什么,上面写了-iqθ这种平坦联络都能夹在拓扑非平凡的空间上,光有规范场什么都给不了。
    2013-5-5 23:43回复
  • 漫路长歌: 回复 漫路长歌 :非平庸流形上存在平坦联络的条件是结构群是离散的。
    2013-5-6 00:07回复
  • lincokn: 回复 漫路长歌 :平坦联络指的是联络对应的曲率为零?
    2013-5-6 00:11回复
  • lincokn: 回复 漫路长歌 :“非平庸流形上存在平坦联络的条件是结构群是离散的”这个结论在什么地方可以找到吗?
    2013-5-6 00:12回复
    • lincokn: 回复 漫路长歌 :可以给一个非平庸流形上存在平坦联络的的例子吗?万分感谢
      2013-5-6 00:14回复
    • lincokn: 回复 漫路长歌 :我觉得你所说的已经相当接近我需要的答案了,假如可以有个例子的话就更好了,非常感谢啊~
      2013-5-6 00:16回复
    • 森林夜行者: 大神啊,膜拜,从你看的书,我冒昧猜测一下,你姓陈?LZU?好想拜你为师啊!
      2013-5-7 13:32回复
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简单的说,没有什么一般的判据。大体上我们考虑一个流形是否拓扑平庸,主要就是看它有没有不同维度的洞、是否有结构性“扭曲”(如莫比乌斯环),而这些都可以用整系数同调群(以及相应的各种同调、上同调群)来考察。而沿着这个思路,我们又可以用不同的示性类来标示这些同调群和“平庸”同调群的差别。而这些东西,实际上和局域的联络没有关系,或者说根本不由后者决定。这是因为联络本身可以看做纤维(fibre,如切空间)之间的同构,而纤维丛的拓扑结构在建立“联络”之前就已经确定了。这也印证了联络本质上还是一种局域概念,而拓扑结构则需要更加“整体”的概念(如同调、上同调,以及示性类)加以描述。
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  • 11楼
  • 2013-05-06 03:43
  • lincokn: 其实我就想通过一个例子来了解一下。其实我们主要是想研究空间中闭合路径的可观察效应,物理上来说的话假如空间的曲率不为零,即有场强,则空间中有源,一个包含源的闭合回路或者闭合路径必包含一个磁通,从而导致拓扑非平庸。所以现在算出来空间曲率为零,不知道怎么去说明闭合路径是否有可观察效应
    2013-5-6 08:17回复
  • lincokn: @inempty,有没有一个具体的例子来描述一个联络对应的空间曲率为零,但是它是拓扑非平庸的呢?最好是二维或者三维的一个例子~谢谢啦~
    2013-5-6 08:21回复
  • 品淼斋主: 回复 lincokn : 你说的拓扑到底是什么东西的拓扑啊? “则空间中有源,一个包含源的闭合回路或者闭合路径必包含一个磁通,从而导致拓扑非平庸”导致什么东西的拓扑非平庸??
    2013-5-6 08:28回复
  • ENGINEER波: 回复 @品淼斋主 :应该说的是同伦群吧…
    2013-5-6 10:11回复
  • 丽雅Leah: 回复 lincokn :第一个同楼上所说,你要算什么东西的拓扑? 第二个,你说的曲率是一个局部的量吧? 不做全局的操作(如积分)则未必看得出什么拓扑结构。比如圆柱面曲率处处是零,但基本群则不平庸。
    2013-5-6 10:32回复
    • inempty: 回复 lincokn :你说的应该是场的同伦,这和流形的拓扑是两回事。这种时候联络本身是否导致拓扑效应,则要看你所取的拉格朗日量。譬如在一维圆环上考虑最简单的常矢势A,取最简单的拉氏量,显然dA=0,但A却导致会影响作用量。
      2013-5-6 10:39回复
    • lincokn: 回复 丽雅Leah :按照楼下的说法,我说的是场的同伦。反正我要考察的就是空间中闭合路径的可观测性,但现在只有一个规范势(或者联络),只能通过他来判断空间是否有源。假如规范势是纯的,即对应的场强为零,则空间应是无源的。所以一般的看法就说在这个空间的闭合路径是不具备可观测效应的。
      2013-5-6 12:48回复
    • lincokn: 回复 丽雅Leah :接上,不过我觉得这种看法不是很正确,因为确实很容易就找到一个带有可观察效应的路径(一般是取两个闭合路径验证其非对易性)。但是我不知道怎么从数学上进行阐述。不知道您有什么看法呢?
      2013-5-6 12:51回复
    • lincokn: 回复 丽雅Leah :基本群是什么东西啊?我对微分几何不是很懂。“圆柱面曲率处处是零,但基本群则不平庸”有没有一本书上举过这样一个例子啊?能不能麻烦你告诉我一下
      2013-5-6 12:53回复
    • 丽雅Leah: 回复 lincokn :哦,我明白你的意思了。
      2013-5-6 12:55回复
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一个类似的问题的讨论可以见R.Jackiw,C.Rebbi 的文章PRL 37 172 (1976)。


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  • 12楼
  • 2013-05-06 13:18
  • lincokn: (5)式下面那段话我看得不是很懂。他的意思是g1在无穷远处趋向I,则欧几里得空间等价于一个球面?
    2013-5-6 13:22回复
  •  
我大概明白你的意思了,你的A并不是一个外加的规范场,而是Berry联络吧?这个联络是参数流形SU(2)XS^2上的函数,而你的相位则是联络沿流形上一条闭合曲线的积分。所以现在重要的其实并不是联络A的同伦分类,而是参数流形和拓扑结构。但是我记得SU(2)是单连通的,而S^2显然单连通,因此这个乘积空间的基本群应该是平凡的。换句话说,参数空间中的任意闭合曲线都可以收缩为一点,进而如果dA=0,那么A沿闭合曲线积分一定为0.

我不太了解你的相位是如何由联络计算出来的,因为这里的情况和Berry相并不完全一样。不过我觉得你可以关注一个问题,如果相位直接等于联络沿闭合线的积分,那么斯托克斯定理直接要求其等于dA的面积分,而不是F的面积分。但你前面提到的结果是dA+[A,A]=0,这并不要求所有A沿闭合线积分为0。

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  • 13楼
  • 2013-05-07 04:16
  • 品淼斋主: what is the SU(2) and what is the S^2?
    2013-5-7 04:47回复
  • inempty: 回复 品淼斋主 :你看他在4楼写的联络
    2013-5-7 05:38回复
  • 品淼斋主: Then it looks like his "phase" should be the Wilson loop. If it's the Wilson loop, then F=0 indicates the Wilson loop is 0.
    2013-5-7 06:44回复
  • inempty: 回复 品淼斋主 :这个前提是没有非平凡的configuration吧。另外我认为lz给出的A不是耦合于某个粒子的外加规范势。
    2013-5-7 08:08回复
  • lincokn: 回复 inempty :对,你说得很对。这个A是诱导出来的,是通过激光与原子的相互作用诱导出来的。
    2013-5-7 08:21回复
    • lincokn: 回复 inempty :”如果相位直接等于联络沿闭合线的积分,那么斯托克斯定理直接要求其等于dA的面积分,而不是F的面积分“不是很明白这句话的意思?斯托克斯定理不就是F的面积分吗?有这样一个定理吗?
      2013-5-7 08:27回复
    • lincokn: 回复 inempty :inempty老师,我觉得你已经完全理解我的意思了。能发邮件再联系一下吗?我现在主要做的是冷原子的量子模拟,我这个题目做的是在冷原子体系中模拟非阿贝尔几何相位。就这个地方跨不过去,所以需要人合作。我的邮箱是lincokn@163.com。诚邀inempty老师的合作啊~希望得到您的回复啊~
      2013-5-7 08:34回复
    • 品淼斋主: 回复 inempty : A不是耦合于某个粒子的外加规范势 that I know. But still the calculation is the Wilson loop. And "If it's the Wilson loop, then F=0 indicates the Wilson loop is 0 " I mean a contractable loop, sloppiness...
      2013-5-7 08:50回复
    • 品淼斋主: 回复 inempty : He is considering a path in the phase space, where the phase space is an orbit of a Lie group in the coadjoint representation, with symplectic structure b_a[u, u']^a where u^a, u'^a are Lie algebra elements and b_a is some representative dual (coadjoint) element.
      2013-5-7 08:56回复
    • 品淼斋主: 回复 inempty :请无视上一楼(我回的时候没看到他的回复)...... 依然是Wilson loop的计算啊.如果connection是激光与原子诱导出来的,那么还是external的.
      2013-5-7 09:05回复
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一个问题:
假如A对应的F=0,则Texp{-i\oint A dt}=0对于任意的路径都等于零吗?
假如我现在取的路径是phi=const,theta:0~pi,
则Texp{-i\oint A dt}=exp{i A_\theta d\theta}
根据我四楼的表达式,很明显这个积分不等于0啊?
这个怎么理解?
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  • 14楼
  • 2013-05-07 11:02
  • lincokn: 我觉得可以先把这个问题讨论清楚。谢谢大家啦
    2013-5-7 11:04回复
  • inempty: 你四楼的表达式是在SU(2)里取值的,积分完了之后也是一个矩阵。如我在上层提到,对这种单纯的积分,是否为零可以由Stokes定理考察,这里我们用的就是dA而不是F。
    2013-5-7 11:28回复
  • lincokn: 回复 inempty :我想问一下你说的单纯的积分是指Texp{-i\oint A dt}还是指{-i\oint A dt这一项啊?为什么用Stokes定理考察的是dA,而不是F呢?
    2013-5-7 12:58回复
  • lincokn: 回复 inempty :有什么书介绍你这个结论的吗?因为我也要说服别人,所以自己也要了解得足够清楚啊,谢谢了~
    2013-5-7 13:00回复
  • lincokn: 回复 inempty :能请inempty老师回答一下为什么用Stokes定理考察的是dA,而不是F吗?或者你介绍一本书给我自己看一下就行了
    2013-5-7 13:53回复
    • inempty: 回复 lincokn :我不是有老师,吧里有的人叫我老师,但他们的意思其实是老湿。Stokes定理在wiki上就有,如果你直接对联络做回路积分(规范不变的Berry phase),实际上是对四个矩阵元分别做回路积分,而每个矩阵元都是一个球面上的1-形式,可以分别使用Stokes定理。
      2013-5-7 23:13回复
    • 品淼斋主: 回复 inempty : 为什么不是Wilson loop的那种矩阵相乘的积分?
      2013-5-7 23:48回复
    • lincokn: 回复 inempty :哦哦,你说的东西在wiki的stokes定理的词条里面没有啊。。。可观察效应是由相位因子(Texp{A dt})给出的。为什么我可以从联络的回路积分不为零来说明相位因子非平庸呢?
      2013-5-8 00:32回复
    • lincokn: 回复 品淼斋主 :我想问一下斋主对卡拉比—丘流形有没有了解过?
      2013-5-8 00:35回复
    • inempty: 回复 lincokn :你的A=UdU,那么exp(\oint A)应当就是演化因子(参数空间中的规范变换)绕参数流形中的回路一周形成的线性变换。这里我没有具体算过,但从Berry phase的推导来看这似乎是显然的。计算相位因子的那个编时算符主要是在展开时有用,与直接计算指数上的积分应该是等价的。
      2013-5-8 03:12回复
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我看了一下。

4楼的A已经是anti-Hermitian的了,也就是,这里的A其实是QFT里的A再乘以i。
计算得F确为0。
由于A已经是anti-Hermitian,Wilson loop 为
U=P [ exp(∮ dx^μ A_μ) ]
其中P代表path ordering。
我取θ=π/2,φ从0变化到2π;或者φ取固定值(如0),θ从0变化到π,φ变成另一个固定值(如π),θ再从π变化到0。两种路径,均计算得U为单位矩阵。
所以这A并没有AB效应啊。如前所说,这里不应该有AB效应的。
回复
  • 18楼
  • 2013-06-12 04:30
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