Кіріспе

Материалдың немесе жүйенің кез келген нүктедегі біртектілігі. Физикада біртекті материал немесе жүйе барлық нүктеде бірдей қасиеттерге ие; ол бұзылыстарсыз біркелкі болады. Біркелкі электр өрісі (әр нүктеде бірдей күш пен бағытқа ие) біртектілікпен үйлесімді (барлық нүктелерде бірдей физикалық заңдар орындалады). Электромагниттік материалдар саласында, әртүрлі құрамдас бөліктерден тұратын материал, бағытталған сәулелену өрісімен (жарық, микротолқынды жиіліктер және т.б.) өзара әрекеттескенде тиімді біртекті деп сипатталуы мүмкін. Математикалық тұрғыдан алғанда, біртектілік инварианттылықты білдіреді, себебі теңдеудің барлық компоненттері, олардың мәндері масштабталған немесе масштабталмаған (мысалы, көбейту немесе қосу арқылы) бірдей дәрежеде болады. Жиынтық үлестірім осы сипаттамаға сай келеді. "Бірдей жиынтық үлестірім функциясы немесе мәндерінің болуы".

Біртекті космология

Гомогенділік космологияда басқа контексте де маңызды рөл атқарады. 19 ғасырдың космологиясы (және одан бұрынғы) бойынша, ғалам шексіз, өзгермейтін, біртекті және сондықтан жұлдыздармен толы болған. Бірақ неміс астрономы Генрих Олберс егер осылай болса, онда түнгі аспанның бәрі күндей жарықпен және аспаптық жарықпен толтырылуы керек екенін айтты; бұл Олберстің парадоксы деп белгілі. Олберс 1826 жылы осы мәселеге жауап беруге тырысқан ғылыми мақала ұсынды. Олберстің заманында белгісіз болған қателік – ғаламның шексіз, тұрақты және біртекті емес екендігі еді. Үлкен жарылыс космологиясы осы модельді (кеңейіп, шекті және біртекті емес ғалам) алмастырды. Дегенмен, қазіргі астрономдар осы сұраққа жауап беру үшін негізді түсіндірмелер ұсынады. Түсіндірмелердің бірі – алыстағы жұлдыздар мен галактикалардың қызыл жылжуға ұшырауы, бұл олардың көрінетін жарығын әлсіретіп, түнгі аспанды қараңғы етеді. Бірақ бұл әлсіреу Олберстің парадоксын толық түсіндіруге жеткіліксіз. Көптеген космологтар ғаламның уақыт бойынша шектелуі, яғни ғаламның мәңгілік болмауы – парадоксқа жауап екенін ойлайды. Сондықтан, түнгі аспанның қараңғы болуы Үлкен жарылыстың көрсеткіші болып табылады.

Аударма инварианттылығы

Аударма инварианттылығы арқылы (абсолюттік) позицияға тәуелділік болмауын білдіреді, әсіресе физика заңдарына немесе физикалық жүйенің эволюциясына қатысты. Физиканың негізгі заңдары кеңістіктегі орнына (нақты түрде) тәуелді болмауы керек. Әйтпесе, олар мүлдем қолданусыз болып кетер еді. Бұл, белгілі бір дәрежеде, эксперименттердің қайталанатындай болуы қажеттігімен де байланысты. Бұл принцип механиканың барлық заңдарына (Ньютон заңдары және т.б.), электродинамикаға, кванттық механикаға және т.б. қатысты қолданылады. Іс жүзінде бұл принцип көбінесе бұзылады, себебі біз ғаламның тек шағын жүйесін зерттейміз, ол, әрине, ғаламның қалған бөлігінің әсерін "сезінеді". Бұл жағдай "сыртқы өрістердің" (электрлік, магниттік, гравитациялық және т.б.) пайда болуына себеп болады, бұл жүйенің эволюциясын сипаттауды оның орналасуына байланысты етеді (потенциалдық құдықтар және т.б.). Бұл тек осы сыртқы өрістерді тудыратын объектілер жүйенің (динамикалық) бөлігі ретінде қарастырылмауынан туындайды. Жоғарыда сипатталған трансляциялық инварианттық жүйелік талдаудағы ығысу инварианттығымен эквивалентті, бірақ мұнда ол көбінесе сызықтық жүйелерде қолданылады, ал физикада бұл айырмашылық көбінесе жасалмайды. Бағытқа тәуелсіз қасиеттер үшін қолданылатын изотропия ұғымы гомогендіктің салдары емес. Мысалы, біртекті электр өрісі (яғни, әр нүктеде бірдей күш пен бірдей бағытқа ие) гомогендікпен үйлесімді болар еді (әр нүктеде физика бірдей болады), бірақ изотропиямен емес, өйткені өріс бір "ерекше" бағытты бөліп көрсетеді.

Салдарлар

Лагранж формализмінде кеңістіктегі біртектілік импульстің сақталуын, ал уақыттағы біртектілік энергияның сақталуын тудырады. Бұл, вариациялық есептеу арқылы, Ландау және Лифшицтің классикалық анықтамалық еңбегі сияқты стандартты оқулықтарда көрсетілген. Бұл Нотер теоремасының нақты бір қолданысы.

Өлшемдік біркелкілік

Кіріспеде айтылғандай, өлшемдік біртектілік – теңдеудің екі жағында да бірдей өлшем бірліктерінің болу қасиеті. Физикадағы дұрыс теңдеу біртекті болуы тиіс, себебі әр түрлі табиғаттағы шамалар арасында теңдік болуы мүмкін емес. Бұл формулалар мен есептеулердегі қателерді анықтауға пайдалы. Мысалы, жылдамдық есептелгенде, өлшем бірліктері әрқашан [ұзындық]/[уақыт] түрінде бірігуі керек; энергия есептелгенде, өлшем бірліктері әрқашан [масса]•[ұзындық]²/ [уақыт]² түрінде бірігуі керек, және т.б. Мысалы, келесі формулалар белгілі бір энергияны білдіруі мүмкін: егер m – масса, v және c – жылдамдықтар, p – импульс, h – Планк тұрақтысы, λ – ұзындық болса. Екінші жағынан, егер оң жақтағы өлшем бірліктері [масса]•[ұзындық]²/[уақыт]² түрінде бірікпесе, онда ол белгілі бір энергия үшін дұрыс өрнек бола алмайды. Біртекті болу теңдеудің дұрыс екенін міндетті түрде білдірмейді, өйткені ол сандық коэффициенттерді ескермейді. Мысалы, E = m•v² массасы m және жылдамдығы v болатын бөлшектің энергиясы үшін дұрыс формула болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін, сондай-ақ h•c/λ 2π-ге бөлінуі немесе көбейтілуі керек пе, жоқ па, оны анықтауға болмайды. Дегенмен, бұл берілген мәселенің сипаттамалық өлшемдерін табу үшін өте қуатты құрал, өлшемдік талдауға қараңыз. Теориялық физиктер әдетте барлық нәрсені табиғат тұрақтыларымен берілген табиғи өлшемдерде көрсетеді, мысалы, c = ħ = k = 1 деп алып; мұндай жағдайда жоғарыдағы тексеру мүмкіндігінің бір бөлігі жоғалады.