ज्यामितीय चरण: Difference between revisions
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[[शास्त्रीय यांत्रिकी|चिरसम्मत यांत्रिकी]] और [[क्वांटम यांत्रिकी]] में, '''ज्यामितीय चरण''' [[अवधि (भौतिकी)|आवृत्ति (भौतिकी)]] के दौरान अधिग्रहित चरण (तरंगें) अंतर है, जब प्रणाली चक्रीय रूद्धोष्म प्रक्रम (क्वांटम यांत्रिकी) के अधीन होती है, जो कि ज्यामितीय गुणों से उत्पन्न होती है। [[हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी)]] का [[पैरामीटर स्थान|प्राचल समष्टि]]<ref name=Solem1993>{{cite journal|last1=Solem|first1=J. C.|last2=Biedenharn|first2=L. C.|year=1993|title=Understanding geometrical phases in quantum mechanics: An elementary example|journal=Foundations of Physics|volume=23|issue=2|pages=185–195|bibcode = 1993FoPh...23..185S |doi = 10.1007/BF01883623 |s2cid=121930907}}</ref> घटना स्वतंत्र रूप से एस पंचरत्नम (1956) द्वारा खोजी गई थी,<ref>{{cite journal|author=S. Pancharatnam|title=हस्तक्षेप का सामान्यीकृत सिद्धांत और इसके अनुप्रयोग। भाग I सुसंगत पेंसिल|journal=Proc. Indian Acad. Sci. A|volume=44|issue=5|pages=247–262|year=1956|doi=10.1007/BF03046050|s2cid=118184376}}</ref> चिरसम्मत प्रकाशिकी में और क्रिस्टोफर लॉन्गेट-हिगिंस द्वारा एच. सी. लॉन्गेट-हिगिंस (1958)<ref name=Longuet-Higgins1958>{{cite journal|author1=H. C. Longuet Higgins|author2=U. Öpik|author3=M. H. L. Pryce|author4=R. A. Sack|title=जाह्न-टेलर प्रभाव का अध्ययन .II। गतिशील समस्या|journal=Proc. R. Soc. A|volume=244|issue=1236|pages=1–16|year=1958|doi=10.1098/rspa.1958.0022 |bibcode=1958RSPSA.244....1L|s2cid=97141844}}See page 12</ref> आणविक भौतिकी में; इसे (1984) में [[माइकल बेरी (भौतिक विज्ञानी)]] द्वारा सामान्यीकृत किया गया था।<ref>{{cite journal|author=M. V. Berry|journal=Proceedings of the Royal Society A|title=एडियाबेटिक परिवर्तन के साथ मात्रात्मक चरण कारक|volume=392|issue=1802|pages=45–57|year=1984|doi=10.1098/rspa.1984.0023|bibcode = 1984RSPSA.392...45B |s2cid=46623507}}</ref> इसे पंचरत्नम-बेरी चरण, पंचरत्नम चरण या बेरी चरण के रूप में भी जाना जाता | [[शास्त्रीय यांत्रिकी|चिरसम्मत यांत्रिकी]] और [[क्वांटम यांत्रिकी]] में, '''ज्यामितीय चरण''' [[अवधि (भौतिकी)|आवृत्ति (भौतिकी)]] के दौरान अधिग्रहित चरण (तरंगें) अंतर है, जब प्रणाली चक्रीय रूद्धोष्म प्रक्रम (क्वांटम यांत्रिकी) के अधीन होती है, जो कि ज्यामितीय गुणों से उत्पन्न होती है। [[हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी)]] का [[पैरामीटर स्थान|प्राचल समष्टि]]<ref name=Solem1993>{{cite journal|last1=Solem|first1=J. C.|last2=Biedenharn|first2=L. C.|year=1993|title=Understanding geometrical phases in quantum mechanics: An elementary example|journal=Foundations of Physics|volume=23|issue=2|pages=185–195|bibcode = 1993FoPh...23..185S |doi = 10.1007/BF01883623 |s2cid=121930907}}</ref> घटना स्वतंत्र रूप से एस पंचरत्नम (1956) द्वारा खोजी गई थी,<ref>{{cite journal|author=S. Pancharatnam|title=हस्तक्षेप का सामान्यीकृत सिद्धांत और इसके अनुप्रयोग। भाग I सुसंगत पेंसिल|journal=Proc. Indian Acad. Sci. A|volume=44|issue=5|pages=247–262|year=1956|doi=10.1007/BF03046050|s2cid=118184376}}</ref> चिरसम्मत प्रकाशिकी में और क्रिस्टोफर लॉन्गेट-हिगिंस द्वारा एच. सी. लॉन्गेट-हिगिंस (1958)<ref name=Longuet-Higgins1958>{{cite journal|author1=H. C. Longuet Higgins|author2=U. Öpik|author3=M. H. L. Pryce|author4=R. A. Sack|title=जाह्न-टेलर प्रभाव का अध्ययन .II। गतिशील समस्या|journal=Proc. R. Soc. A|volume=244|issue=1236|pages=1–16|year=1958|doi=10.1098/rspa.1958.0022 |bibcode=1958RSPSA.244....1L|s2cid=97141844}}See page 12</ref> आणविक भौतिकी में; इसे (1984) में [[माइकल बेरी (भौतिक विज्ञानी)]] द्वारा सामान्यीकृत किया गया था।<ref>{{cite journal|author=M. V. Berry|journal=Proceedings of the Royal Society A|title=एडियाबेटिक परिवर्तन के साथ मात्रात्मक चरण कारक|volume=392|issue=1802|pages=45–57|year=1984|doi=10.1098/rspa.1984.0023|bibcode = 1984RSPSA.392...45B |s2cid=46623507}}</ref> इसे पंचरत्नम-बेरी चरण, पंचरत्नम चरण या बेरी चरण के रूप में भी जाना जाता है।इसे [[संभावित ऊर्जा सतह]] और अहरोनोव-बोहम प्रभाव में के शंक्वाकार सर्वनिष्ठ में देखा जा सकता है<ref name=Longuet-Higgins1958/><ref>{{cite journal|author1=G. Herzberg|author2=H. C. Longuet-Higgins|title=बहुपरमाणुक अणुओं में स्थितिज ऊर्जा सतहों का प्रतिच्छेदन|journal=Discuss. Faraday Soc.|volume=35|pages=77–82|year=1963|doi=10.1039/DF9633500077}}</ref>। शंक्वाकार सर्वनिष्ठ के चारों ओर ज्यामितीय चरण सी की जमीनी इलेक्ट्रॉनिक C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>F<sub>3</sub><sup>+</sup> स्थिति को शामिल करता है बंकर और जेन्सेन द्वारा पाठ्यपुस्तक के पृष्ठ 385-386 पर आणविक आयन पर चर्चा की गई है।<ref>''Molecular Symmetry and Spectroscopy'', | ||
2nd ed. Philip R. Bunker and Per Jensen, NRC Research Press, Ottawa (1998) [https://volumesdirect.com/products/molecular-symmetry-and-spectroscopy?_pos=1&_sid=90a6edc37&_ss=r] | 2nd ed. Philip R. Bunker and Per Jensen, NRC Research Press, Ottawa (1998) [https://volumesdirect.com/products/molecular-symmetry-and-spectroscopy?_pos=1&_sid=90a6edc37&_ss=r] | ||
{{ISBN|9780660196282}}</ref> अहरोनोव-बोहम प्रभाव के मामले में, [[ स्थिरोष्म ]] | {{ISBN|9780660196282}}</ref> अहरोनोव-बोहम प्रभाव के मामले में, [[ स्थिरोष्म |स्थिरोष्म]] मापदंड दो व्यतिकरण पथों से घिरा [[चुंबकीय क्षेत्र]] है, और यह इस अर्थ में चक्रीय है कि ये दो पथ लूप बनाते हैं। शंक्वाकार सर्वनिष्ठ के मामले में, स्थिरोष्म मापदंड [[आणविक ज्यामिति]] हैं। क्वांटम यांत्रिकी के अलावा, यह चिरसम्मत [[प्रकाशिकी]] जैसे कई अन्य तरंग प्रणालियों में उत्पन्न होता है। एक नियम के रूप में, यह तब हो सकता है जब कम से कम दो मापदंड होते हैं जो किसी प्रकार की विलक्षणता या टोपोलॉजी में रन्ध्र के सामीप्य के क्षेत्र में तरंगकी विशेषता रखते हैं; दो [[माप]]दंडों की आवश्यकता होती है क्योंकि या तो नॉनसिंगुलर स्टेट्स का सेट आसानी से जुड़ा नहीं होगा, या नॉनजीरो [[ holonomi |समविधिता]] होती हैं। | ||
तरंगों की विशेषता [[आयाम]] और चरण (तरंगें) हैं, और उन मापदंडों के | तरंगों की विशेषता [[आयाम]] और चरण (तरंगें) हैं, और उन मापदंडों के अभिलक्षक के रूप में भिन्न हो सकते हैं। ज्यामितीय चरण तब होता है जब दोनों मापदंडों को एक साथ लेकिन बहुत धीरे-धीरे (स्थिरोष्म रूप से) बदल दिया जाता है, और अंततः प्रारंभिक समाकृति में वापस लाया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में, इसमें घूर्णन शामिल हो सकता है, लेकिन कणों का अंतरण भी हो सकता है, जो स्पष्ट रूप से अंत में पूर्ववत हैं। कोई उम्मीद कर सकता है कि प्रणाली में तरंगें प्रारंभिक अवस्था में वापस आ जाती हैं, जैसा कि आयाम और चरणों (और समय बीतने के लिए लेखांकन) की विशेषता है। हालाँकि, यदि मापदंड भ्रमण स्व-पुनर्लेखन बैक-एंड-फॉरवर्ड भिन्नता के बजाय लूप के अनुरूप है, तो यह संभव है कि प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाएँ उनके चरणों में भिन्न होती हैं। यह चरण अंतर ज्यामितीय चरण है, और इसकी घटना आमतौर पर इंगित करती है कि मापदंडों के कुछ संयोजन के लिए प्रणाली की मापदंड निर्भरता [[गणितीय विलक्षणता]] है (इसकी स्थिति अपरिभाषित है)। | ||
तरंग प्रणाली में ज्यामितीय चरण को मापने के लिए, [[हस्तक्षेप (तरंग प्रसार)|व्यतिकरण (तरंग प्रसार)]] [[प्रयोग]] की आवश्यकता होती है। [[फौकॉल्ट पेंडुलम|फौकॉल्ट लोलक]] चिरसम्मत यांत्रिकी से उदाहरण है जिसे कभी-कभी ज्यामितीय चरण को चित्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। ज्यामितीय चरण के इस यांत्रिकी अनुरूप को [[हन्ने कोण]] के रूप में जाना जाता है। | |||
== क्वांटम यांत्रिकी में बेरी चरण == | == क्वांटम यांत्रिकी में बेरी चरण == | ||
''n''-वें ईजेनस्टेट के क्वांटम प्रणाली में, हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) का [[एडियाबेटिक प्रमेय|स्थिरोष्म प्रमेय]] विकास देखता है कि प्रणाली हैमिल्टनियन के ''n''-वें ईजेनस्टेट में रहता है, जबकि एक चरण कारक भी प्राप्त करता है। प्राप्त चरण में अवस्था के समय के विकास से योगदान होता है और दूसरा हेमिल्टनियन के साथ ईजेनस्टेट की भिन्नता से होता है। दूसरा शब्द बेरी चरण से मेल खाता है, और हैमिल्टनियन के गैर-चक्रीय रूपांतरों के लिए इसे विकास के प्रत्येक बिंदु पर हैमिल्टनियन के [[eigenstate|ईजेनस्टेट]] से जुड़े चरण की अलग पसंद से गायब करने के लिए बनाया जा सकता है। | |||
हालाँकि, यदि भिन्नता चक्रीय है, तो बेरी चरण को रद्द नहीं किया जा सकता है; यह [[अपरिवर्तनीय (भौतिकी)]] है और | हालाँकि, यदि भिन्नता चक्रीय है, तो बेरी चरण को रद्द नहीं किया जा सकता है; यह [[अपरिवर्तनीय (भौतिकी)]] है और प्रणाली की अवलोकन योग्य गुण बन जाती है। ज़िट्सक्रिफ्ट फर फिजिकी 51, 165 (1928) में [[मैक्स बोर्न]] और [[व्लादिमीर फॉक]] द्वारा दिए गए स्थिरोष्म प्रमेय के प्रमाण की समीक्षा करके, हम रूद्धोष्म प्रक्रम के संपूर्ण परिवर्तन को चरण अवधि में चित्रित कर सकते हैं। रूद्धोष्म सन्निकटन के तहत, रूद्धोष्म प्रक्रिया के तहत ''n''-वें ईजेनस्टेट का गुणांक द्वारा दिया जाता है | ||
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C_n(t) = C_n(0) \exp\left[-\int_0^t \langle\psi_n(t')|\dot\psi_n(t')\rangle \,dt'\right] = C_n(0) e^{i\gamma_n(t)}, | C_n(t) = C_n(0) \exp\left[-\int_0^t \langle\psi_n(t')|\dot\psi_n(t')\rangle \,dt'\right] = C_n(0) e^{i\gamma_n(t)}, | ||
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जहाँ <math>\gamma_n(t)</math> मापदंड ''t'' के संबंध में बेरी का चरण है। चर ''t'' को सामान्यीकृत मापदंडों में बदलकर, हम बेरी के चरण को फिर से लिख सकते हैं | |||
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\gamma_n[C] = i\oint_C \langle n, t| \big(\nabla_R |n, t\rangle\big)\,dR, | \gamma_n[C] = i\oint_C \langle n, t| \big(\nabla_R |n, t\rangle\big)\,dR, | ||
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जहाँ <math>R</math> चक्रीय रूद्धोष्म प्रक्रम को प्राचलीकरण करता है। ध्यान दें कि का सामान्यीकरण <math>|n, t\rangle</math> तात्पर्य यह है कि इंटीग्रैंड अधिकल्पित है, इसलिए <math>\gamma_n[C]</math> यह वास्तविक है। उचित प्राचल समष्टि में यह बंद पथ <math>C</math> का अनुसरण करता है। बंद पथ के साथ ज्यामितीय चरण <math>C</math> द्वारा संलग्न सतह पर [[बेरी कनेक्शन और वक्रता]] को एकीकृत करके भी गणना की जा सकती है <math>C</math>। | |||
== ज्यामितीय चरणों के उदाहरण == | == ज्यामितीय चरणों के उदाहरण == | ||
=== फौकॉल्ट | === फौकॉल्ट लोलक === | ||
फौकॉल्ट | फौकॉल्ट लोलक सबसे आसान उदाहरणों में से एक है। ज्यामितीय चरणों के संदर्भ में एक आसान व्याख्या विल्जेक और शापेरे द्वारा दी गई है:<ref>{{cite book |editor1-last=Wilczek |editor1-first=F. |editor2-last=Shapere |editor2-first=A. |date=1989 |title=भौतिकी में ज्यामितीय चरण|url=https://archive.org/details/geometricphasesp00shap |url-access=limited |location=Singapore |publisher=World Scientific |page=[https://archive.org/details/geometricphasesp00shap/page/n18 4] }}</ref> | ||
{{quote| | {{quote|जब पेंडुलम को सामान्य पथ 'C' के चारों ओर ले जाया जाता है तो कैसे आगे बढ़ता है? [[भूमध्य रेखा]] के साथ परिवहन के लिए, पेंडुलम पूर्वगामी नहीं होगा। [...] अब यदि ''C'' [[पृथ्वी के जियोडेसिक|जियोडेसिक]] खंडों से बना है, तो [[पूर्वसरण]] सभी उन कोणों से आएंगे जहां जियोडेसिक्स के खंड मिलते हैं; कुल पुरस्सरण शुद्ध [[गोलाकार आधिक्य|घाटा कोण]] के बराबर है जो बदले में ''C'' modulo 2''π'' द्वारा परिबद्ध [[ठोस कोण]] के बराबर है। अंत में, हम किसी भी लूप को जियोडेसिक सेगमेंट के अनुक्रम द्वारा अनुमानित कर सकते हैं, इसलिए सबसे सामान्य परिणाम (गोले की सतह पर या उसके बाहर) यह है कि शुद्ध पुरस्सरण संलग्न ठोस कोण के बराबर है।}} | ||
इसे दूसरे शब्दों में कहें तो, कोई जड़त्वीय बल नहीं है जो लोलक को पूर्वगामी बना सकता है, इसलिए पुरस्सरण (पथ की गति की दिशा के सापेक्ष जिसके साथ लोलक ले जाया जाता है) पूरी तरह से इस पथ के मोड़ के कारण है। इस प्रकार लोलक का अभिविन्यास [[समानांतर परिवहन]] से गुजरता है। मूल फौकॉल्ट लोलक के लिए, पथ [[अक्षांश]] का चक्र है, और गॉस-बोनट प्रमेय द्वारा, चरण बदलाव को संलग्न ठोस कोण द्वारा दिया जाता है।<ref>{{cite journal |title=बुनियादी ज्यामिति के माध्यम से फौकॉल्ट पेंडुलम|author1=Jens von Bergmann |author2=HsingChi von Bergmann |journal=Am. J. Phys. |volume=75 |year=2007 |issue=10 |pages=888–892 |doi=10.1119/1.2757623 |bibcode=2007AmJPh..75..888V }}</ref> | |||
=== ऑप्टिकल फाइबर में ध्रुवीकृत प्रकाश === | |||
एक दूसरा उदाहरण रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश है जो [[सिंगल-मोड ऑप्टिकल फाइबर]] में प्रवेश करता है। मान लीजिए कि फाइबर अंतरिक्ष में कुछ पथ का पता लगाता है, और प्रकाश फाइबर में प्रवेश करते ही उसी दिशा में बाहर निकल जाता है। फिर प्रारंभिक और अंतिम ध्रुवीकरणों की तुलना करें। अर्धशास्त्रीय सन्निकटन में फाइबर एक [[वेवगाइड]] के रूप में कार्य करता है, और प्रकाश की गति हर समय फाइबर को स्पर्श करती है। ध्रुवीकरण को गति के लंबवत अभिविन्यास के रूप में माना जा सकता है। जैसा कि फाइबर अपने पथ का पता लगाता है, प्रकाश की संवेग सदिश गति अंतरिक्ष में गोले पर एक पथ का पता लगाती है। पथ बंद है, क्योंकि प्रकाश की प्रारंभिक और अंतिम दिशाएं मेल खाती हैं, और ध्रुवीकरण गोले के लिए एक सदिश स्पर्शरेखा है। [[ गति स्थान ]] में जाना [[गॉस का नक्शा]] लेने के बराबर है। ऐसी कोई ताकत नहीं है जो ध्रुवीकरण को मोड़ सकती है, बस गोले के स्पर्शरेखा बने रहने की बाधा है। इस प्रकार ध्रुवीकरण समानांतर परिवहन से गुजरता है, और चरण बदलाव संलग्न ठोस कोण (स्पिन के समय, जो प्रकाश के मामले में 1 है) द्वारा दिया जाता है। | एक दूसरा उदाहरण रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश है जो [[सिंगल-मोड ऑप्टिकल फाइबर]] में प्रवेश करता है। मान लीजिए कि फाइबर अंतरिक्ष में कुछ पथ का पता लगाता है, और प्रकाश फाइबर में प्रवेश करते ही उसी दिशा में बाहर निकल जाता है। फिर प्रारंभिक और अंतिम ध्रुवीकरणों की तुलना करें। अर्धशास्त्रीय सन्निकटन में फाइबर एक [[वेवगाइड]] के रूप में कार्य करता है, और प्रकाश की गति हर समय फाइबर को स्पर्श करती है। ध्रुवीकरण को गति के लंबवत अभिविन्यास के रूप में माना जा सकता है। जैसा कि फाइबर अपने पथ का पता लगाता है, प्रकाश की संवेग सदिश गति अंतरिक्ष में गोले पर एक पथ का पता लगाती है। पथ बंद है, क्योंकि प्रकाश की प्रारंभिक और अंतिम दिशाएं मेल खाती हैं, और ध्रुवीकरण गोले के लिए एक सदिश स्पर्शरेखा है। [[ गति स्थान ]] में जाना [[गॉस का नक्शा]] लेने के बराबर है। ऐसी कोई ताकत नहीं है जो ध्रुवीकरण को मोड़ सकती है, बस गोले के स्पर्शरेखा बने रहने की बाधा है। इस प्रकार ध्रुवीकरण समानांतर परिवहन से गुजरता है, और चरण बदलाव संलग्न ठोस कोण (स्पिन के समय, जो प्रकाश के मामले में 1 है) द्वारा दिया जाता है। | ||
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=== आकर्षित करने वालों पर परिभाषित ज्यामितीय चरण === | === आकर्षित करने वालों पर परिभाषित ज्यामितीय चरण === | ||
जबकि बेरी के सूत्रीकरण को मूल रूप से रैखिक हैमिल्टनियन प्रणालियों के लिए परिभाषित किया गया था, यह जल्द ही निंग और हेकेन द्वारा महसूस किया गया था<ref name="Ning-Haken92">{{cite journal |title=चक्रीय आकर्षित करने वालों के साथ अपव्यय प्रणालियों में ज्यामितीय चरण और आयाम संचय|author=C. Z. Ning, H. Haken |journal=Phys. Rev. Lett. |volume=68 |year=1992 |issue=14 |pages=2109–2122 |doi=10.1103/PhysRevLett.68.2109 |bibcode=1992PhRvL..68.2109N |pmid=10045311}}</ref> इसी तरह के ज्यामितीय चरण को पूरी तरह से अलग-अलग प्रणालियों के लिए परिभाषित किया जा सकता है जैसे कि नॉनलाइनियर डिसिपेटिव | जबकि बेरी के सूत्रीकरण को मूल रूप से रैखिक हैमिल्टनियन प्रणालियों के लिए परिभाषित किया गया था, यह जल्द ही निंग और हेकेन द्वारा महसूस किया गया था<ref name="Ning-Haken92">{{cite journal |title=चक्रीय आकर्षित करने वालों के साथ अपव्यय प्रणालियों में ज्यामितीय चरण और आयाम संचय|author=C. Z. Ning, H. Haken |journal=Phys. Rev. Lett. |volume=68 |year=1992 |issue=14 |pages=2109–2122 |doi=10.1103/PhysRevLett.68.2109 |bibcode=1992PhRvL..68.2109N |pmid=10045311}}</ref> इसी तरह के ज्यामितीय चरण को पूरी तरह से अलग-अलग प्रणालियों के लिए परिभाषित किया जा सकता है जैसे कि नॉनलाइनियर डिसिपेटिव प्रणाली जिसमें कुछ चक्रीय आकर्षण होते हैं। उन्होंने दिखाया कि इस तरह के चक्रीय आकर्षण कुछ समरूपता वाले गैर-रैखिक विघटनकारी प्रणालियों के एक वर्ग में मौजूद हैं।<ref name="Ning-HakenMPL">{{cite journal |title=गैर-रैखिक अपव्यय प्रणालियों में ज्यामितीय चरण|author=C. Z. Ning, H. Haken |journal=Mod. Phys. Lett. B |volume=6 |year=1992 |issue=25 |pages=1541–1568 |doi=10.1142/S0217984992001265 |bibcode=1992MPLB....6.1541N }}</ref> | ||
=== आणविक रुद्धोष्म संभावित सतह चौराहों में एक्सपोजर === | === आणविक रुद्धोष्म संभावित सतह चौराहों में एक्सपोजर === | ||
बोर्न-ओपेनहाइमर ढांचे के भीतर अणुओं में ज्यामितीय चरण की गणना करने के कई तरीके हैं। एक तरीका गैर- | बोर्न-ओपेनहाइमर ढांचे के भीतर अणुओं में ज्यामितीय चरण की गणना करने के कई तरीके हैं। एक तरीका गैर-स्थिरोष्म कपलिंग के माध्यम से है <math>M \times M</math> मैट्रिक्स द्वारा परिभाषित | ||
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\tau_{ij}^\mu = \langle \psi_i | \partial^\mu \psi_j \rangle, | \tau_{ij}^\mu = \langle \psi_i | \partial^\mu \psi_j \rangle, | ||
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जहाँ <math>\psi_i</math> स्थिरोष्म इलेक्ट्रॉनिक वेव फंक्शन है, जो परमाणु मापदंडों पर निर्भर करता है <math>R_\mu</math>. क्षेत्र सिद्धांत में [[विल्सन लूप]] (1974) के अनुरूप लूप इंटीग्रल को परिभाषित करने के लिए नॉनएडियाबेटिक कपलिंग का उपयोग किया जा सकता है, जिसे एम. बेयर (1975, 1980, 2000) द्वारा आणविक ढांचे के लिए स्वतंत्र रूप से विकसित किया गया है। एक बंद लूप दिया <math>\Gamma</math>, द्वारा परिचालित किया गया <math>R_\mu(t),</math> जहाँ <math>t \in [0, 1]</math> एक मापदंड है, और <math>R_\mu(t + 1) = R_\mu(t)</math>. डी-मैट्रिक्स द्वारा दिया गया है | |||
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D[\Gamma] = \hat{P} e^{\oint_\Gamma \tau^\mu \,dR_\mu}</math> | D[\Gamma] = \hat{P} e^{\oint_\Gamma \tau^\mu \,dR_\mu}</math> | ||
(यहाँ <math>\hat{P}</math> एक पथ-आदेश देने वाला प्रतीक है)। इसे एक बार दिखाया जा सकता है <math>M</math> काफी बड़ा है (यानी पर्याप्त संख्या में इलेक्ट्रॉनिक राज्यों पर विचार किया जाता है), यह मैट्रिक्स विकर्ण है, विकर्ण तत्वों के बराबर <math>e^{i\beta_j},</math> | (यहाँ <math>\hat{P}</math> एक पथ-आदेश देने वाला प्रतीक है)। इसे एक बार दिखाया जा सकता है <math>M</math> काफी बड़ा है (यानी पर्याप्त संख्या में इलेक्ट्रॉनिक राज्यों पर विचार किया जाता है), यह मैट्रिक्स विकर्ण है, विकर्ण तत्वों के बराबर <math>e^{i\beta_j},</math> जहाँ <math>\beta_j</math> के लिए लूप से जुड़े ज्यामितीय चरण हैं <math>j</math>-वाँ रुद्धोष्म इलेक्ट्रॉनिक अवस्था। | ||
समय-उलट सममित इलेक्ट्रॉनिक हैमिल्टन के लिए ज्यामितीय चरण लूप द्वारा घिरे शंक्वाकार चौराहों की संख्या को दर्शाता है। अधिक सटीकता से, | समय-उलट सममित इलेक्ट्रॉनिक हैमिल्टन के लिए ज्यामितीय चरण लूप द्वारा घिरे शंक्वाकार चौराहों की संख्या को दर्शाता है। अधिक सटीकता से, | ||
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e^{i\beta_j} = (-1)^{N_j}, | e^{i\beta_j} = (-1)^{N_j}, | ||
</math> | </math> | ||
जहाँ <math>N_j</math> रूद्धोष्म अवस्था से जुड़े शंक्वाकार चौराहों की संख्या है <math>\psi_j</math> पाश से घिरा हुआ <math>\Gamma.</math> | |||
डी-मैट्रिक्स दृष्टिकोण का एक विकल्प पंचरत्नम चरण की सीधी गणना होगी। यह विशेष रूप से उपयोगी होता है यदि कोई केवल एक रुद्धोष्म स्थिति के ज्यामितीय चरणों में रुचि रखता है। इस दृष्टिकोण में, व्यक्ति एक संख्या लेता है <math>N + 1</math> बिंदुओं का <math>(n = 0, \dots, N)</math> पाश के साथ <math>R(t_n)</math> साथ <math>t_0 = 0</math> और <math>t_N = 1,</math> तब केवल j-वें रूद्धोष्म अवस्थाओं का उपयोग करना <math>\psi_j[R(t_n)]</math> ओवरलैप के पंचरत्नम उत्पाद की गणना करता है: | डी-मैट्रिक्स दृष्टिकोण का एक विकल्प पंचरत्नम चरण की सीधी गणना होगी। यह विशेष रूप से उपयोगी होता है यदि कोई केवल एक रुद्धोष्म स्थिति के ज्यामितीय चरणों में रुचि रखता है। इस दृष्टिकोण में, व्यक्ति एक संख्या लेता है <math>N + 1</math> बिंदुओं का <math>(n = 0, \dots, N)</math> पाश के साथ <math>R(t_n)</math> साथ <math>t_0 = 0</math> और <math>t_N = 1,</math> तब केवल j-वें रूद्धोष्म अवस्थाओं का उपयोग करना <math>\psi_j[R(t_n)]</math> ओवरलैप के पंचरत्नम उत्पाद की गणना करता है: | ||
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* रॉबर्ट बैटरमैन, [http://philsci-archive.pitt.edu/794/ फॉलिंग कैट्स, पैरेलल पार्किंग, एंड पोलराइज़्ड लाइट] | * रॉबर्ट बैटरमैन, [http://philsci-archive.pitt.edu/794/ फॉलिंग कैट्स, पैरेलल पार्किंग, एंड पोलराइज़्ड लाइट] | ||
* {{Cite journal | doi = 10.1016/0009-2614(75)85599-0| title = परमाणु-अणु टकराव के लिए एडियाबेटिक और डायबैटिक प्रतिनिधित्व: संरेख व्यवस्था का उपचार| journal = Chemical Physics Letters| volume = 35| issue = 1| pages = 112–118| year = 1975| last1 = Baer | first1 = M. |bibcode = 1975CPL....35..112B }} | * {{Cite journal | doi = 10.1016/0009-2614(75)85599-0| title = परमाणु-अणु टकराव के लिए एडियाबेटिक और डायबैटिक प्रतिनिधित्व: संरेख व्यवस्था का उपचार| journal = Chemical Physics Letters| volume = 35| issue = 1| pages = 112–118| year = 1975| last1 = Baer | first1 = M. |bibcode = 1975CPL....35..112B }} | ||
* एम. बेयर, [https://web.archive.org/web/20150924012151/http://www.fh.huji.ac.il/~michaelb/Postscripts/molphys40,1011.pdf इलेक्ट्रॉनिक गैर- | * एम. बेयर, [https://web.archive.org/web/20150924012151/http://www.fh.huji.ac.il/~michaelb/Postscripts/molphys40,1011.pdf इलेक्ट्रॉनिक गैर-स्थिरोष्म संक्रमण: सामान्य रुद्धोष्म-मधुमेह रूपांतरण मैट्रिक्स की व्युत्पत्ति] मोल। भौतिक। 40, 1011 (1980); | ||
* एम. बेयर, [https://web.archive.org/web/20140314102116/http://chemlabs.nju.edu.cn/cai/book/The%20Role%20of%20Degenerate%20States%20in%20Chemistry/ 2.पीडीएफ डायबिटिक पोटेंशिअल का अस्तित्व और गैर-डायबिटिक मैट्रिक्स का परिमाणीकरण], जे. फिज। रसायन। ए 104, 3181–3184 (2000)। | * एम. बेयर, [https://web.archive.org/web/20140314102116/http://chemlabs.nju.edu.cn/cai/book/The%20Role%20of%20Degenerate%20States%20in%20Chemistry/ 2.पीडीएफ डायबिटिक पोटेंशिअल का अस्तित्व और गैर-डायबिटिक मैट्रिक्स का परिमाणीकरण], जे. फिज। रसायन। ए 104, 3181–3184 (2000)। | ||
* {{Cite journal | pmid = 15549915 | year = 2004 | last1 = Ryb | first1 = I | title = शंक्वाकार चौराहों के लिए उपकरण के रूप में संयुक्त अपरिवर्तनीय और सहसंयोजक| journal = The Journal of Chemical Physics | volume = 121 | issue = 21 | pages = 10370–5 | last2 = Baer | first2 = R | doi = 10.1063/1.1808695 |bibcode = 2004JChPh.12110370R }} | * {{Cite journal | pmid = 15549915 | year = 2004 | last1 = Ryb | first1 = I | title = शंक्वाकार चौराहों के लिए उपकरण के रूप में संयुक्त अपरिवर्तनीय और सहसंयोजक| journal = The Journal of Chemical Physics | volume = 121 | issue = 21 | pages = 10370–5 | last2 = Baer | first2 = R | doi = 10.1063/1.1808695 |bibcode = 2004JChPh.12110370R }} |
Revision as of 11:30, 3 May 2023
चिरसम्मत यांत्रिकी और क्वांटम यांत्रिकी में, ज्यामितीय चरण आवृत्ति (भौतिकी) के दौरान अधिग्रहित चरण (तरंगें) अंतर है, जब प्रणाली चक्रीय रूद्धोष्म प्रक्रम (क्वांटम यांत्रिकी) के अधीन होती है, जो कि ज्यामितीय गुणों से उत्पन्न होती है। हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) का प्राचल समष्टि[1] घटना स्वतंत्र रूप से एस पंचरत्नम (1956) द्वारा खोजी गई थी,[2] चिरसम्मत प्रकाशिकी में और क्रिस्टोफर लॉन्गेट-हिगिंस द्वारा एच. सी. लॉन्गेट-हिगिंस (1958)[3] आणविक भौतिकी में; इसे (1984) में माइकल बेरी (भौतिक विज्ञानी) द्वारा सामान्यीकृत किया गया था।[4] इसे पंचरत्नम-बेरी चरण, पंचरत्नम चरण या बेरी चरण के रूप में भी जाना जाता है।इसे संभावित ऊर्जा सतह और अहरोनोव-बोहम प्रभाव में के शंक्वाकार सर्वनिष्ठ में देखा जा सकता है[3][5]। शंक्वाकार सर्वनिष्ठ के चारों ओर ज्यामितीय चरण सी की जमीनी इलेक्ट्रॉनिक C6H3F3+ स्थिति को शामिल करता है बंकर और जेन्सेन द्वारा पाठ्यपुस्तक के पृष्ठ 385-386 पर आणविक आयन पर चर्चा की गई है।[6] अहरोनोव-बोहम प्रभाव के मामले में, स्थिरोष्म मापदंड दो व्यतिकरण पथों से घिरा चुंबकीय क्षेत्र है, और यह इस अर्थ में चक्रीय है कि ये दो पथ लूप बनाते हैं। शंक्वाकार सर्वनिष्ठ के मामले में, स्थिरोष्म मापदंड आणविक ज्यामिति हैं। क्वांटम यांत्रिकी के अलावा, यह चिरसम्मत प्रकाशिकी जैसे कई अन्य तरंग प्रणालियों में उत्पन्न होता है। एक नियम के रूप में, यह तब हो सकता है जब कम से कम दो मापदंड होते हैं जो किसी प्रकार की विलक्षणता या टोपोलॉजी में रन्ध्र के सामीप्य के क्षेत्र में तरंगकी विशेषता रखते हैं; दो मापदंडों की आवश्यकता होती है क्योंकि या तो नॉनसिंगुलर स्टेट्स का सेट आसानी से जुड़ा नहीं होगा, या नॉनजीरो समविधिता होती हैं।
तरंगों की विशेषता आयाम और चरण (तरंगें) हैं, और उन मापदंडों के अभिलक्षक के रूप में भिन्न हो सकते हैं। ज्यामितीय चरण तब होता है जब दोनों मापदंडों को एक साथ लेकिन बहुत धीरे-धीरे (स्थिरोष्म रूप से) बदल दिया जाता है, और अंततः प्रारंभिक समाकृति में वापस लाया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में, इसमें घूर्णन शामिल हो सकता है, लेकिन कणों का अंतरण भी हो सकता है, जो स्पष्ट रूप से अंत में पूर्ववत हैं। कोई उम्मीद कर सकता है कि प्रणाली में तरंगें प्रारंभिक अवस्था में वापस आ जाती हैं, जैसा कि आयाम और चरणों (और समय बीतने के लिए लेखांकन) की विशेषता है। हालाँकि, यदि मापदंड भ्रमण स्व-पुनर्लेखन बैक-एंड-फॉरवर्ड भिन्नता के बजाय लूप के अनुरूप है, तो यह संभव है कि प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाएँ उनके चरणों में भिन्न होती हैं। यह चरण अंतर ज्यामितीय चरण है, और इसकी घटना आमतौर पर इंगित करती है कि मापदंडों के कुछ संयोजन के लिए प्रणाली की मापदंड निर्भरता गणितीय विलक्षणता है (इसकी स्थिति अपरिभाषित है)।
तरंग प्रणाली में ज्यामितीय चरण को मापने के लिए, व्यतिकरण (तरंग प्रसार) प्रयोग की आवश्यकता होती है। फौकॉल्ट लोलक चिरसम्मत यांत्रिकी से उदाहरण है जिसे कभी-कभी ज्यामितीय चरण को चित्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। ज्यामितीय चरण के इस यांत्रिकी अनुरूप को हन्ने कोण के रूप में जाना जाता है।
क्वांटम यांत्रिकी में बेरी चरण
n-वें ईजेनस्टेट के क्वांटम प्रणाली में, हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) का स्थिरोष्म प्रमेय विकास देखता है कि प्रणाली हैमिल्टनियन के n-वें ईजेनस्टेट में रहता है, जबकि एक चरण कारक भी प्राप्त करता है। प्राप्त चरण में अवस्था के समय के विकास से योगदान होता है और दूसरा हेमिल्टनियन के साथ ईजेनस्टेट की भिन्नता से होता है। दूसरा शब्द बेरी चरण से मेल खाता है, और हैमिल्टनियन के गैर-चक्रीय रूपांतरों के लिए इसे विकास के प्रत्येक बिंदु पर हैमिल्टनियन के ईजेनस्टेट से जुड़े चरण की अलग पसंद से गायब करने के लिए बनाया जा सकता है।
हालाँकि, यदि भिन्नता चक्रीय है, तो बेरी चरण को रद्द नहीं किया जा सकता है; यह अपरिवर्तनीय (भौतिकी) है और प्रणाली की अवलोकन योग्य गुण बन जाती है। ज़िट्सक्रिफ्ट फर फिजिकी 51, 165 (1928) में मैक्स बोर्न और व्लादिमीर फॉक द्वारा दिए गए स्थिरोष्म प्रमेय के प्रमाण की समीक्षा करके, हम रूद्धोष्म प्रक्रम के संपूर्ण परिवर्तन को चरण अवधि में चित्रित कर सकते हैं। रूद्धोष्म सन्निकटन के तहत, रूद्धोष्म प्रक्रिया के तहत n-वें ईजेनस्टेट का गुणांक द्वारा दिया जाता है
ज्यामितीय चरणों के उदाहरण
फौकॉल्ट लोलक
फौकॉल्ट लोलक सबसे आसान उदाहरणों में से एक है। ज्यामितीय चरणों के संदर्भ में एक आसान व्याख्या विल्जेक और शापेरे द्वारा दी गई है:[7]
जब पेंडुलम को सामान्य पथ 'C' के चारों ओर ले जाया जाता है तो कैसे आगे बढ़ता है? भूमध्य रेखा के साथ परिवहन के लिए, पेंडुलम पूर्वगामी नहीं होगा। [...] अब यदि C जियोडेसिक खंडों से बना है, तो पूर्वसरण सभी उन कोणों से आएंगे जहां जियोडेसिक्स के खंड मिलते हैं; कुल पुरस्सरण शुद्ध घाटा कोण के बराबर है जो बदले में C modulo 2π द्वारा परिबद्ध ठोस कोण के बराबर है। अंत में, हम किसी भी लूप को जियोडेसिक सेगमेंट के अनुक्रम द्वारा अनुमानित कर सकते हैं, इसलिए सबसे सामान्य परिणाम (गोले की सतह पर या उसके बाहर) यह है कि शुद्ध पुरस्सरण संलग्न ठोस कोण के बराबर है।
इसे दूसरे शब्दों में कहें तो, कोई जड़त्वीय बल नहीं है जो लोलक को पूर्वगामी बना सकता है, इसलिए पुरस्सरण (पथ की गति की दिशा के सापेक्ष जिसके साथ लोलक ले जाया जाता है) पूरी तरह से इस पथ के मोड़ के कारण है। इस प्रकार लोलक का अभिविन्यास समानांतर परिवहन से गुजरता है। मूल फौकॉल्ट लोलक के लिए, पथ अक्षांश का चक्र है, और गॉस-बोनट प्रमेय द्वारा, चरण बदलाव को संलग्न ठोस कोण द्वारा दिया जाता है।[8]
ऑप्टिकल फाइबर में ध्रुवीकृत प्रकाश
एक दूसरा उदाहरण रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश है जो सिंगल-मोड ऑप्टिकल फाइबर में प्रवेश करता है। मान लीजिए कि फाइबर अंतरिक्ष में कुछ पथ का पता लगाता है, और प्रकाश फाइबर में प्रवेश करते ही उसी दिशा में बाहर निकल जाता है। फिर प्रारंभिक और अंतिम ध्रुवीकरणों की तुलना करें। अर्धशास्त्रीय सन्निकटन में फाइबर एक वेवगाइड के रूप में कार्य करता है, और प्रकाश की गति हर समय फाइबर को स्पर्श करती है। ध्रुवीकरण को गति के लंबवत अभिविन्यास के रूप में माना जा सकता है। जैसा कि फाइबर अपने पथ का पता लगाता है, प्रकाश की संवेग सदिश गति अंतरिक्ष में गोले पर एक पथ का पता लगाती है। पथ बंद है, क्योंकि प्रकाश की प्रारंभिक और अंतिम दिशाएं मेल खाती हैं, और ध्रुवीकरण गोले के लिए एक सदिश स्पर्शरेखा है। गति स्थान में जाना गॉस का नक्शा लेने के बराबर है। ऐसी कोई ताकत नहीं है जो ध्रुवीकरण को मोड़ सकती है, बस गोले के स्पर्शरेखा बने रहने की बाधा है। इस प्रकार ध्रुवीकरण समानांतर परिवहन से गुजरता है, और चरण बदलाव संलग्न ठोस कोण (स्पिन के समय, जो प्रकाश के मामले में 1 है) द्वारा दिया जाता है।
स्टोचैस्टिक पंप प्रभाव
एक स्टोचैस्टिक पंप एक चिरसम्मत स्टोचैस्टिक प्रणाली है जो गैर-शून्य के साथ प्रतिक्रिया करता है, औसत पर, मापदंडों के आवधिक परिवर्तनों के लिए धाराएं। स्टोचैस्टिक पंप प्रभाव की व्याख्या स्टोचैस्टिक धाराओं के क्षण उत्पन्न करने वाले कार्य के विकास में एक ज्यामितीय चरण के रूप में की जा सकती है।[9]
स्पिन 1⁄2
एक स्पिन के लिए ज्यामितीय चरण का सटीक मूल्यांकन किया जा सकता है-1⁄2 चुंबकीय क्षेत्र में कण।[1]
आकर्षित करने वालों पर परिभाषित ज्यामितीय चरण
जबकि बेरी के सूत्रीकरण को मूल रूप से रैखिक हैमिल्टनियन प्रणालियों के लिए परिभाषित किया गया था, यह जल्द ही निंग और हेकेन द्वारा महसूस किया गया था[10] इसी तरह के ज्यामितीय चरण को पूरी तरह से अलग-अलग प्रणालियों के लिए परिभाषित किया जा सकता है जैसे कि नॉनलाइनियर डिसिपेटिव प्रणाली जिसमें कुछ चक्रीय आकर्षण होते हैं। उन्होंने दिखाया कि इस तरह के चक्रीय आकर्षण कुछ समरूपता वाले गैर-रैखिक विघटनकारी प्रणालियों के एक वर्ग में मौजूद हैं।[11]
आणविक रुद्धोष्म संभावित सतह चौराहों में एक्सपोजर
बोर्न-ओपेनहाइमर ढांचे के भीतर अणुओं में ज्यामितीय चरण की गणना करने के कई तरीके हैं। एक तरीका गैर-स्थिरोष्म कपलिंग के माध्यम से है मैट्रिक्स द्वारा परिभाषित
समय-उलट सममित इलेक्ट्रॉनिक हैमिल्टन के लिए ज्यामितीय चरण लूप द्वारा घिरे शंक्वाकार चौराहों की संख्या को दर्शाता है। अधिक सटीकता से,
ज्यामितीय चरण और साइक्लोट्रॉन गति का परिमाणीकरण
चुंबकीय क्षेत्र के अधीन एक इलेक्ट्रॉन एक वृत्ताकार (साइक्लोट्रॉन) कक्षा में गति करता है।[2] चिरसम्मत रूप से, कोई भी साइक्लोट्रॉन त्रिज्या को स्वीकार। क्वांटम-यांत्रिक रूप से, केवल असतत ऊर्जा स्तर (लैंडौ परिमाणीकरण) की अनुमति है, और तब से इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा से संबंधित है, यह के परिमाणित मानों के अनुरूप है . श्रोडिंगर के समीकरण को हल करके प्राप्त ऊर्जा परिमाणीकरण की स्थिति, उदाहरण के लिए, पढ़ती है, मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए (निर्वात में) या ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों के लिए, जहाँ .[3] हालांकि इन परिणामों की व्युत्पत्ति मुश्किल नहीं है, उन्हें प्राप्त करने का एक वैकल्पिक तरीका है, जो कुछ मामलों में लैंडौ स्तर के परिमाणीकरण में बेहतर भौतिक अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। यह वैकल्पिक तरीका सेमीक्लासिकल बोह्र-सोमरफेल्ड परिमाणीकरण स्थिति पर आधारित है
यह भी देखें
- रीमैन वक्रता टेन्सर - गणित से संबंध के लिए
- बेरी कनेक्शन और वक्रता
- चेर्न वर्ग
- ऑप्टिकल रोटेशन
- घुमावदार संख्या
टिप्पणियाँ
^ For simplicity, we consider electrons confined to a plane, such as 2DEG and magnetic field perpendicular to the plane.
^ is the cyclotron frequency (for free electrons) and is the Fermi velocity (of electrons in graphene).
फुटनोट्स
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अग्रिम पठन
- Michael V. Berry, The geometric phase, Scientific American 259 (6) (1988), 26–34.
बाहरी संबंध
- Quotations related to ज्यामितीय चरण at Wikiquote
- "Geometric phases and the separation of the world by Michael Berry". YouTube. International Centre for Theoretical Sciences. February 10, 2020.