Кіріспе

Антикомутациялық сан математикалық физикада, Герман Грасманның атымен аталған (сонымен қатар антикомутациялық сан немесе суперсан деп те аталады), – комплекс сандардағы сыртқы алгебраның бір элементі. Бір өлшемді алгебраның ерекше жағдайы қос сан деп белгілі. Грасман сандары физикада фермиондық өрістердің интегралдық жол бойынша бейнелеуін көрсету үшін алғаш рет қолданылған, бірақ қазір суперғарыш құру үшін негіз ретінде кеңінен пайдаланылады, оның үстінде суперсимметрия да осыған сүйенеді.

Бейресми талқылау

Грасманн сандары антикоммутациялық элементтер немесе объектілер арқылы туындайды. Антикоммутациялық объектілер идеясы математиканың көптеген салаларында кездеседі: олар көбінесе дифференциалдық геометрияда байқалады, онда дифференциалдық формалар антикоммутациялайды. Дифференциалдық формалар әдетте көпөлшемді кеңістіктегі туындылар тұрғысынан анықталады; алайда, біреу кез келген негізгі кеңістіктің бар екенін «ұмытуға» немесе «назарға алмауға» және формалар туындылар ретінде анықталғанын «ұмытуға» немесе «назарға алмауға» болады, және оның орнына тек антикоммутациялайтын объектілері бар және басқа алдын ала анықталған немесе болжамды қасиеттері жоқ жағдайды қарастыруға болады. Мұндай объектілер алгебра құрайды, нақтырақ айтқанда, Грасманн алгебрасын немесе сыртқы алгебрасын. Грасманн сандары осы алгебраның элементтері болып табылады. Оларды «сан» деп атау олардың «қалыпты» сандардан көп айырмашылығы жоқ екендігімен негізделген: оларды қосуға, көбейтуге және бөлуге болады, олар дерлік өріс сияқты мінез-құлық көрсетеді. Одан да көп нәрсе жасауға болады: Грасманн сандарының полиномдарын қарастыруға болады, бұл голоморфтық функциялар идеясына әкеледі. Мұндай функциялардың туындыларын алуға және антитуындыларын да қарастыруға болады. Осы идеялардың әрқайсысы мұқият анықталуы мүмкін және қалыпты математиканың эквивалентті ұғымдарымен салыстырылады. Аналогия осымен тоқталмайды: суперматематиканың толық саласы бар, онда Евклид кеңістігінің аналогы – суперкеңістік, көпөлшемді кеңістіктің аналогы – суперкөпөлшемді кеңістік, Ли алгебрасының аналогы – Ли супералгебрасы және т.б. Грасманн сандары – мұның бәрін мүмкін ететін негізгі құрылым. Әрине, осыған ұқсас бағдарламаны кез келген басқа өріс немесе тіпті сақина үшін де жүзеге асыруға болады, және бұл математикада кеңінен таралған және жиі қолданылады. Алайда, суперматематика физикада ерекше маңызға ие, өйткені антикоммутациялық мінез-құлықты фермиондардың кванттық-механикалық мінез-құлығымен байланыстыруға болады: антикоммутация Паулидің тыйым салу принципіне сәйкес келеді. Осылайша, Грасманн сандарын және жалпы суперматематиканы зерттеу физикадағы олардың пайдалылығымен қозғалтылады. Атап айтқанда, кванттық өріс теориясында немесе одан да тар мағынада, екінші кванттауда, көп бөлшектік кванттық күйлерді құратын жоғарылату операторларымен жұмыс істейді. Фермиондар үшін жоғарылату операторлары полялық кванттарды жасайды, олар міндетті түрде антисимметриялық толқындық функцияларға ие болуы керек, өйткені бұл Паулидің тыйым салу принципімен талап етіледі. Бұл жағдайда Грасманн саны бірден және тікелей фермиондардың (әдетте белгісіз) санын қамтитын толқындық функцияға сәйкес келеді. Фермиондар саны белгілі және шекті болған кезде, антикоммутациялық қатынастар мен спинорлар арасындағы нақты байланыс спин тобы арқылы беріледі. Бұл топ Клиффорд алгебрасындағы бірлік ұзындығы векторларының жиынтығы ретінде анықталады және табиғи түрде антикоммутациялық Вейль спинорына жіктеледі. Антикоммутация және спинорлар түріндегі өрнек спин тобы үшін табиғи түрде туындайды. Қысқасы, Грасманн сандарын спиннен туындайтын қатынастарды жойып, тек антикоммутациядан туындайтын қатынастарды сақтап қарастыруға болады.

Генераторлардың шекті немесе саналатын жиынтығы

Әдебиетте екі түрлі суперсандар жиі кездеседі: генераторлардың шекті саны бар, әдетте 1=n = 1, 2, 3 немесе 4, және саналатын шексіз саны бар. Бұл екі жағдай көрінерінде байланыссыз болғанымен, шын мәнінде олар тығыз байланысты. Біріншіден, суперманифольд анықтамасының бір түрі саналатын шексіз генераторларды қолданса, кейін өлшемді шекті шағын санға дейін азайтатын топология қолданылады. Екінші жағдайда, генераторлардың шекті санынан бастауға болады, бірақ екінші кванттау процесінде генераторлардың шексіз саны қажет болады: әрбір фермион алып жүре алатын импульсқа сәйкес бір генератор.

Талдау

Жұп емес сандағы Грассманн айнымалыларының көбейтінділері бір-бірімен антикоммутациялайды; мұндай көбейтінді көбінесе "a саны" деп аталады. Жұп сандағы Грассманн айнымалыларының көбейтінділері (барлық Грассманн сандарымен) коммутациялайды; оларды көбінесе "c саны" деп атайды. Терминологияны шартты түрде қолдану арқылы, "a саны" кейде антикоммутациялық "c саны" деп аталады. Бұл жұп және тақ подпространствоға жіктелу алгебраға градуировка береді; сондықтан Грассманн алгебралары – суперкоммутативтік алгебралардың прототиптік мысалдары. "c сандары" субальгебра құрайтынын, бірақ "a сандары" құрамайтынын (олар подпространство, субальгебра емес) ескеріңіз. Грассманн сандарының анықтамасы математикалық талдаудың кешенді сандарға жасалған талдауға ұқсас жүргізілуіне мүмкіндік береді. Яғни, суперголоморфтық функцияларды, туындыларды, сондай-ақ интегралдарды анықтауға болады. Негізгі ұғымдардың кейбіреулері екілік сандар туралы мақалада толығырақ қарастырылады. Жалпы ереже бойынша, қарапайым математикалық объектілердің суперсимметриялық аналогтарын анықтау үшін, шексіз генераторлары бар Грассманн сандарымен жұмыс істеу әдетте оңай: көптеген анықтамалар тікелей болады және сәйкес бозондық анықтамалардан алынуы мүмкін. Мысалы, бір Грассманн саны бір өлшемді кеңістік тудырады деп есептеуге болады. Векторлық кеңістік, m өлшемді суперкеңістік, содан кейін осы бір өлшемді кеңістіктердің m еселенген Декарт көбейтіндісі ретінде көрінеді. Бұл негізінен m генераторлары бар алгебраға тең, бірақ мұны көрсету үшін жұмыс істеу қажет.

Спинор кеңістігі

Спинор кеңістігі Вейль спинорлары (және антиспинорлары) кеңістігінің Грасман немесе сыртқы алгебрасы ретінде анықталады, сондықтан n фермионның толқындық функциялары осы кеңістікте болады.

Матрицалық бейнелеулер

Грасманн сандарын матрицалар арқылы көрсетуге болады. Мысалы, екі Грасманн саны – және – арқылы туындаған Грасманн алгебрасы осы Грасманн сандарымен 4×4 матрицалармен бейнеленуі мүмкін: Жалпы алғанда, n генераторлы Грасманн алгебрасы 2n × 2n шаршы матрицалармен бейнеленеді. Физикалық тұрғыдан, бұл матрицаларды n бірдей фермиондардан тұратын Гильберт кеңістігіндегі оккупациялық сан негізінде әрекет ететін көтеру операторлары деп қарастыруға болады. Әрбір фермионның оккупациялық саны 0 немесе 1 болғандықтан, 2n мүмкін негіздік күйлер бар. Математикалық тұрғыдан, бұл матрицаларды Грасманн алгебрасының өзінде сол жақтан сыртқы көбейтуге сәйкес келетін сызықтық операторлар ретінде түсіндіруге болады.