ученые открыли новую симметрию в статистической механике

Учёные из Университета Байройта в Германии обнаружили новую форму симметрии в статистической механике, которая может упростить понимание фундаментальных взаимосвязей в этой области физики. Это открытие связано с так называемой “гиперсилой” — новой концепцией, описывающей связи между физическими наблюдаемыми величинами.

Симметрия, лежащая в основе многих физических теорий, позволяет выделять свойства, которые остаются неизменными при определённых преобразованиях. Этот принцип стал основой для таких концепций, как законы сохранения энергии и импульса, теория относительности и квантовая механика. Исследователи показали, что их новая симметрия связана с преобразованиями в фазовом пространстве, описывающем положения и импульсы частиц. В рамках изучения статистической механики удалось вывести точные зависимости между локальными характеристиками системы, такими как плотность частиц и силы, действующие на них.

Работа учёных основывается на принципах теоремы Нётер , согласно которой каждой непрерывной симметрии соответствует сохраняемая величина. В контексте статистической механики открытая симметрия выступает в роли “калибровочного преобразования” для микросостояний, что даёт возможность выявлять новые связи между параметрами системы.

Методологию проверили с помощью численных экспериментов на системе жёстких стержней в одномерном пространстве. Исследование показало, что предложенная симметрия сохраняется даже при конечных преобразованиях фазового пространства, что открывает путь для более эффективных вычислений. Предложенный подход может снизить затраты на моделирование и уменьшить углеродный след вычислений.

Полученные результаты могут найти применение в материаловедении и молекулярной биологии, где симуляции на основе статистической механики уже активно используются. В будущем планируется расширить исследования на динамические свойства систем, включая процессы вне равновесия, что позволит сблизить подходы статистической механики и квантовой физики.