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普适类

55 分钟

普适类

从一个不能靠背诵回答的问题开始

今天要解决:比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量。先写最小模型的状态、控制参数、序参量或概率流,再画出“改变参数—系统响应—可观测证据”的因果链。我们不会先报结论;必须从两态、小格点、单变量随机过程或有限尺寸样本算出一个可核对基准,再进入热力学极限。(问题锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/question。)

这节为什么恰好出现在这里

上一节《指数标度关系》留下的可计算对象,现在直接成为《普适类》的输入。 本章主线是“从可测相关函数定义临界尺度,并把各指数组织成可检验关系。”。旧工具若只能给平均值,我们就补空间相关;若只能给平衡分布,我们就补动力学;若只看一个尺度,我们就做粗粒化;若稳态仍有环流,我们就放弃详细平衡。新对象只解决眼前缺口,不用术语堆叠掩盖推理断层。

先定义对象、极限和固定变量

逐项说明符号属于微观态、粗粒化场、响应函数还是轨迹量;说明温度、外场、尺寸、时间步、截止或边界哪些固定;明确先取 还是 。临界现象里极限次序会改变答案,非平衡问题里稳态不等于平衡。(定义锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/definitions。)

教师推导:每一步都留下可反查产物

针对“比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量”,第一步列状态空间或泛函;第二步写权重、运动方程或转移率;第三步做极值、对角化、变分、Fourier 变换或概率守恒;第四步得到序参量、相关长度、响应、输运量或熵产生。推导至少保留四行中间式,并把结果代回原方程或归一条件。(推导锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/derivation。)

一道完整例题要同时走两条路

左路用小系统直接枚举、矩阵本征值或有限差分得到数值;右路用解析式、标度或守恒关系得到同一结果。完成“比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量”后比较两路误差,并检查高温/低温、零场/强场、小尺寸/大尺寸、短时/长时至少三个极限。只有最终曲线而没有基准不得分。(例题锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/worked-example。)

哪一步最可能让漂亮结论失效

本节危险边界是:只看相变温度接近不能判断同一普适类。请构造最小反例,指出首个不再成立的假设,而不是笼统写“模型有局限”。重点检查有限尺寸圆整、非遍历、相关样本、临界慢化、隐藏概率流、错误极限次序、截止依赖或噪声解释约定。(反例锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/failure。)

从公式走到可测量和不确定度

先写仪器或模拟真正记录的量,再说明它怎样估计理论对象。相关函数要减均值并报告窗口;临界指数要给拟合区间与尺寸修正;Monte Carlo 要报告热化、自相关和有效样本数;输运积分要给长时截断;非平衡功分布要说明稀有事件覆盖。(观测锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/observable。)

可运行题不是装饰

程序从标准输入读取参数,输出一个可复算标量或分类。至少四测覆盖手算小系统、对称或守恒情形、渐近极限和非法输入。随机算法还需固定种子仅用于复现,并用多种子统计误差;一次运行通过不能证明采样正确。(实验锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/computational-check。)

随课四题各验收一层理解

单选检查定义和极限,多选检查证据链,数值题要求代入、单位与容差,推导题按10分验收:模型与假设2分,中间推导3分,可测预测2分,极限或反例2分,归一/守恒/误差1分。只写“由 RG 可知”或“由软件可得”均不得分。

把本节可靠地交给下一节

下一节《数据塌缩》将复用本节的定义和验算结果。 闭卷回答五问:对象是什么?控制参数是什么?哪一极限定义结论?可测量如何反查?最先失败的假设是什么?能把同一方法迁移到另一尺寸、对称性或驱动协议,才算真正学会。(交接锚:phys-21-statistical-physics-ii/u4/l06/普适类/handoff。)

Practice

本课练习

6

先独立作答再提交;编程题会在隔离沙箱中真实编译、运行并对拍。

1单选:普适类 2 积分
通用 · 未定难度

要可靠解决“比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量”,哪项方案完整?

登录 后答题可以领积分
2多选:普适类 3 积分
通用 · 未定难度

验收《普适类》时哪些证据必须提交?

多选题:必须选全正确项,漏选或多选均不得分。

登录 后答题可以领积分
3计算:普适类 3 积分
通用 · 未定难度

取 |t|=0.6, ν=1,ξ=|t|^(-ν) 是多少?

登录 后答题可以领积分
4严格推导:普适类 4 积分
通用 · 未定难度

从 (d,n,\text{range},\text{symmetry})\mapsto\text{class} 出发完成“比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量”;给模型、至少四行关键推导、可测预测、三个极限和针对“只看相变温度接近不能判断同一普适类”的最小反例。

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5可运行统计物理实验:相关长度倒数 5 积分
通用 · 未定难度

完成“相关长度倒数”实验:输入K输出-ln(tanhK)。使用 Python 3 标准输入输出,不得使用第三方包。

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6U4 独立题 05:普适类 4 积分
通用 · 未定难度

综合解决“比较 Ising、XY、Heisenberg 的维数与序参量分量”时哪项方案可复核?

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