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在数学中,一个组是可以组合或转换的许多操作。这个基本概念在描述自然对象的对称性中起着重要作用。



小组如何工作?

考虑一个简单的例子 - 轴周围90°的旋转。如果您采用四个角度:0°,90°,180°和270°,则转向这些角度的任何一个将导致该图成为四个可能的状态之一。同时,如果您连续四次旋转(90° + 90° + 90° + 90°= 360°),则该对象将返回其原始位置。

该系统称为一组旋转,被指定为Z₄。重要的是要转动组中的每个动作:例如,可以通过-90°来取消+90°的转弯。



小组和对称性

组对于描述对称性特别有用。如果对象在使用一组操作时保持不变,则说它是对称组的对称组

想象一下一块以理想钻石形式抢劫的石头。如果将其旋转90°,180°或270°,则其外观将保持不变 - 意味着它相对于Z₄组是对称的。但是,如果您采取不平衡的矿物质,任何旋转都会改变其外观,这意味着它没有这种对称性。



小组的其他例子

到处都有群体。Z₁₂组描述了将拨号分为12个部门的时钟,因为在12个步骤(小时)后,箭头返回到初始位置。

无尽的群体,例如一组整数变化z,例如描述沿着无尽的棋盘移动。

如果我们认为不是离散的,而是连续转换,那么您可以描述从0°到360°的所有可能旋转的一组。它用SO表示(2),用于研究平坦物体的对称性。



物理和空间的群体

在三维空间中,转弯由SO组(3)描述,在描述时空对称性的一般相对论中,使用了更复杂的SO(3.1)组(3.1) ,包括三个空间和一个临时轴。

群体理论不仅是数学抽象 - 它是基本粒子,量子力学甚至相对论的物理学的基础。对称性及其违规是通过自然界中的基本过程来解释的,从晶体的结构到基本颗粒的相互作用。



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