물이 얼어 붙은 물과 수프와 같은 수프와 같이 인류에게 알려진 물질의 급진적 인 변형은 20 세기까지 신비했습니다. 과학자들은 물질이 일반적으로 점차적으로 변한다는 것을 관찰했습니다. 원자를 약간 가열하고 약간 확장됩니다. 그러나 비판적인 지점을 지나서 재료를 깎아 내면 전적으로 다른 것이됩니다.
정확히 100 년 전에 데뷔 한“위상 전이”를 크래킹하는 수학적 키는 자연 과학을 변화 시켰습니다. 알려진 바와 같이, Ising 모델은 처음에 자석의 만화 그림으로 제안되었습니다. 이제 물리학 자들이 생물학의 모델 유기체 인 과일 파리에 비유하는 물리적 시스템의 간단한 모델로 일반적으로 사용됩니다. 최근에 출판 된 교과서는 Ising 모델로 간주되었습니다.“거의 모든 흥미로운 열역학 현상을 모델링하는 데 사용할 수있는 시스템”
또한 지진, 단백질, 두뇌, 심지어 인종적 분리의 모델 역할을하는 물리학을 넘어서는 분명한 분야를 뚫고 나왔습니다.
다음은 자력의 장난감 모델이 어떻게 과학에 유비쿼터스가되었으며 오늘날 지식의 경계를 계속 돕는 방법에 대한 이야기는 다음과 같습니다.
1920 년, 세계 독감 전염병에서 회복되는 세계에서 Wilhelm Lenz라는 독일 물리학자는 Pierre Curie가 25 년 전에 발견 한 것처럼 특정 온도를 지나서 자석을 가열하는 이유를 이해하기 시작했습니다. Lenz는 자석을 작은 화살표의 격자로 상상했으며, 각각은 원자를 나타내는 위 또는 아래로 가리키는 것을 상상했습니다. (원자는 본질적으로 자기 적으로 남쪽과 남쪽을 사용하여 방향을 갖는 것으로 생각할 수 있습니다.) 화살표는 이웃에 영향을 미쳐 자기 자신의 방향에 맞게 자성적으로 뒤집 으려고 시도합니다.
.Lenz는 대부분의 원자가 함께 가리키면 작은 자기장이 융합 될 것이며 재료는 전반적으로 자석처럼 작용할 것이라고 언급했습니다. 그러나 "위"원자가 "다운"원자와 균등하게 혼합되면 대규모 자성이 떠오르지 않고 중화 될 것입니다.
수천 개의 물리 용지를 시작한 기능은 열과 자기 사이의 격자 내의 투쟁이었습니다. 입자의 무작위 흔들림 인 열, 장애를 위해 싸웠다. 자기는이 혼란에 저항했다. Lenz는 저온에서 자기 순서가 승리해야한다고 가정했습니다. 그러나 충분한 열로, 무작위 조종사는 원자 협력을 방해하여 뜨거운 자석이 모조를 잃는다는 Curie의 관찰을 설명합니다.
Lenz는 그의 대학원생 인 Ernst Ising에게 세부 사항을 해결했습니다. 실제 자석은 3 차원이지만, 상황을 선형 화살의 체인으로 단순화하여 각각 가장 가까운 이웃을 감지 할 수 있습니다. 그는 현재 학부 교과서의 표준 계산을 통해 현재 1D Ising 모델로 알려진 체인이 자화되지 않는 것으로 나타났습니다. 임의의 플립은 모든 온도에서 자기 응집력을 압도합니다. 캐나다 맥 마스터 대학교 (McMaster University)의 응축 물리학 자이자 명예 교수 인 존 베를린 스키 (John Berlinsky)는“한 차원이 필요한 것이 없다”고 말했다.
Ising은 1925 년에 그의 연구 결과를 발표했습니다. 그와 Lenz는 2D 시트와 3D 블록의 화살표에 대한 결과도 유지되었으므로 모델이 실제 자석의 동작을 포착하지 못했다고 가정했습니다. 그것은 잘못된 물리적 이론의 묘지를 향한 것처럼 보였습니다.
그럼에도 불구하고, Ising 모델은 수학적 호기심으로 살아 남았습니다. 1940 년대에는 이론적 물리학 자이자 최종 노벨상 수상자 인 Lars Onsager의 관심을 끌었습니다. OnSager는 모든 화살표가 2 개를 가지고있는 2D 사례에 대해 Ising 모델, 즉 주어진 온도에서 "UP"을 가리킬 수있는 원자의 비율을 계산하기 위해 노력했습니다.
.두 경우를 해결하려면 각 화살표가 다른 모든 화살표에 미치는 영향을 표로 표로 작성하는 것이 포함됩니다. 왜냐하면 이웃의 ad infinitum에 작용하는 이웃들로부터 간접적 인 영향선이 나타나기 때문입니다. 비행기에서,이 전화 게임은 한 줄보다 훨씬 더 복잡해집니다. 컴퓨터 과학자 Sorin Istrail에 따르면 1944 년에 출판 된 Onsager의 솔루션은 "비인간적 인"수학 작품을 대표했다. Istrail은“당신은 한 줄로 한 줄을 따라 가면 그것이 맞다는 증거의 끝에서 아무것도 얻지 못합니다.
Onsager의 증거는 Lenz가 의심되는 것처럼 2D에서 화살표가 정렬되고 자기가 저온에서 하루를 운반하는 반면, 시스템이 "임계 온도"를 초과 한 후에 장애가 승리 한 것으로 나타났습니다. 상호 연결된 화살표의 간단한 그리드는 위상 전이를 설명합니다. 많은 물리학 자들이 예상했던 것처럼 실제 입자의 혼란을 통합 할 필요는 없었습니다.
그럼에도 불구 하고이 모델은 먼지를 축적했습니다. 현실의 풍자 만화를 제공하면서 너무 단순화하는 것처럼 보였습니다. 덴마크의 로스 킬데 대학교 (Roskilde University)의 물리 역사가 인 마틴 니스 (Martin Niss)는“비린내로 여겨졌다”고 말했다.
아르곤과 헬륨의 고통을 겪을 때 모든 것이 바뀌었을 때 OnSager의 솔루션이 이러한 물질의“중요한 지수”를 못 박았습니다. 이러한 지수 (1/8 및 7/4와 같은 숫자)는 다양한 특성 (예 :열 용량)이 위상 전이에서 변화하는 속도를 설명합니다. Niss는 1965 년까지 대부분의 물리학 자들은 물리적으로 비현실적인 그림이 어떻게 그러한 구체적인 세부 사항을 못 박을 수 있는지 궁금해하더라도 Lenz와 Issing의 화살로 돌아 왔다고 말합니다.
.대답은 모델이 아니라 자연과 관련이 있습니다.
ISING 모델은 관련이없는 물질의 범위가 동일한 비판적 지수로 변형되기 때문에 강력합니다. 현재 보편성으로 알려진 현상입니다.
미국 물리학 자 켄 윌슨 (Ken Wilson)은 1971 년에 보편성의 수학을 수행하여 노벨상을 수상했습니다. 윌슨은 고온에서 화살이 원하는 방식으로, 시스템이 냉각되고 위상 전이에 접근함에 따라 이웃 사이의 자기 인력이 모든 화살표가 함께 지적되는 순서의 더 크고 더 큰“섬”을 만듭니다. 중요한 지수는 가장 큰 섬의 성장 방식과 같은이 과정의 세부 사항을 설명합니다.
임계 온도에서는 모든 크기의 섬이 점에서 대륙까지 공존합니다. 여기서 한 화살표는 이웃이 아닌 다른 화살표를 뒤집을 수 있습니다. 시스템의 거시적 특성이 미세한 세부 사항에서 분리되었음을 나타냅니다. 이 분리는 보편성의 마법입니다. 다수의 치수와 동일한 대칭을 가진 모든 시스템은 미세한 부분이 철 원자, 물 분자 또는 작은 화살표인지 여부에 관계없이 동일한 위상 전이를 겪습니다.
유니버설은 연구자들이 "up"및 "down"또는 "present"및 "present"와 같은 반대 레이블로 설명 할 수있는 많은 상호 작용 엔티티와의 상황을 이해하기를 원할 때마다 아마도 Ising으로 시작할 것임을 의미합니다. 버클리 캘리포니아 대학교 (University of California)의 요약 물리학자인 프랜시스 헬먼 (Frances Hellman)은“Ising 모델이 가장 간단한 해결 가능한 모델 인 방법이 있습니다. "그리고 그것은 당신에게 이해를 향한 먼 길을 만듭니다." 연구원들은 또한 화살표가 비행기에서 자유롭게 회전하도록함으로써 추가 물리 시스템에 맞게 모델을 확장 할 수 있습니다.
그러나 Ising 모델이 물리학 자의 물리학 자의 재료에 대한 이해를 바꾸 었음에도 불구하고 연구원들은 3D 버전을 정확하게 해결하려는 노력으로 벽을 쳤다. Richard Feynman조차도 Ising의 원래 1920 과제를 완료하려는 시도에서 실패했습니다.
오늘날 컴퓨터는 3D ISING 모델을 시뮬레이션하고 중요한 지수를 합리적인 정확도로 근사 할 수 있으므로 정확한 솔루션을 찾는 데는 긴급 성이 없습니다. 그러나 갈망은 지속됩니다. 물리학 자의 한 협업은 2012 년에 논리적으로 가능한 물리학 이론의 공간 (각 지점이 중요한 지수 세트와 일치하는 공간을 탐색 할 때 3D ISING 모델의 정확한 비판적 지수를 포함하는 지역을 찾았다 고 발표했다. 그 이후 로이 그룹은 구역을 더 내려 놓았습니다. 12 월에 그들은 1992 년 우주 왕복선 비행에서 액체 헬륨의 수수께끼 측정을 설명하기 위해 접근 방식을 적용했습니다.
연구에 관여하는 프랑스의 과학자 인 Scientifiques의 물리학자인 Slava Rychkov는 3D 비판적 지수의 추가 자리를 추가로 연마하는 것이 요점 옆에 있다고 말했다. 가능한 물리학 이론의지도에서 살아있는 확장, 이국적인 입자를 가진 기발한 우주의 이론, 아마도 실제 우주에서 어려운 중력 이론 이론. Ising 모델은이 추상“이론 공간”에서 가장 간단한 장소 중 하나를 나타내므로 미지의 영토를 탐색하기위한 새로운 도구를 개발하기위한 입증 된 근거가됩니다.
.Rychkov는 중요한 지수의 정확한 값을 정확하게 지적 할 수 있다면,“완전히 알려지지 않은 완전히 새로운 해결 방법을 통해 일어날 것”이론이 이론을 지적 할 것이라고 말했다. “반드시 혁명이 될 것입니다.”
