
【化】 inversion of space
airspace; interspace; space; vacuum; void
【化】 space
【医】 keno-; space
【计】 invertsion; P1 refutation
【化】 inversion
空间反演(Space Inversion),在汉英词典中常译为Space Inversion 或Parity Transformation,是物理学(特别是量子力学、场论和晶体学)以及数学中的一个核心概念。它描述了一种特定的坐标变换操作及其物理内涵。
1. 物理学定义与核心含义 空间反演是指将空间中每一点的坐标通过原点进行镜像对称的操作。具体来说,是将位置矢量 (vec{r}) 变换为其相反矢量 (-vec{r}): $$ vec{r} rightarrow -vec{r} $$ 这等价于将坐标 ((x, y, z)) 变换为 ((-x, -y, -z))。在三维空间中,该操作类似于通过原点(反演中心)的“镜像”或“点反射”。在量子力学中,它对应宇称算符(Parity Operator)(hat{P}) 的作用。若一个系统或波函数在空间反演下保持不变(即具有偶宇称),或其性质仅改变符号(奇宇称),则称该系统具有宇称对称性。1956年李政道与杨振宁提出弱相互作用中宇称不守恒,并经吴健雄实验证实,是物理学重大突破。
2. 数学定义与几何性质 在数学上,空间反演是正交变换的一种,属于点群对称操作(点反演)。其变换矩阵是负单位矩阵: $$ begin{bmatrix} -1 & 0 & 0 0 & -1 & 0 0 & 0 & -1 end{bmatrix} $$ 该操作将图形关于原点作中心对称映射。在晶体学中,空间反演对称性是晶体32种点群和230种空间群分类的关键依据,决定晶体是否具有中心对称性(如氯化钠晶体具有反演中心,而石英则无)。
权威参考来源:
空间反演是物理学和几何学中的一种基本变换概念,其核心含义是通过坐标变换实现三维空间的对称翻转。以下是详细解释:
空间反演指将物体所有空间坐标(x, y, z)同时取相反数,即变换为(-x, -y, -z)的操作。数学上可表示为: $$ mathcal{P}:begin{pmatrix}xyzend{pmatrix} rightarrow begin{pmatrix}-x-y-zend{pmatrix} $$ 这相当于以原点为中心,将物体完全对称翻转。
空间反演常与时间反演(T)结合讨论,构成物理学中的“PT对称性”。两者共同描述物理规律在时空变换下的不变性。
总结来看,空间反演不仅是几何变换,更是理解自然界对称性的重要工具,其破缺现象(如宇称不守恒)深刻影响了现代物理学的理论发展。
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