Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 94. Представления группРассмотрим какую-либо группу симметрии, и пусть
где О совокупности этих постоянных говорят, как о матрице преобразования. В этой связи удобно рассматривать элементы G группы как операторы, воздействующие на функции, так что можно будет написать
Функции
Произведению двух элементов G и Н группы соответствует матрица, определяющаяся по матрицам G и Н с помощью обычного правила перемножения матриц (11, 12)
О совокупности матриц всех элементов группы говорят, как о представлении группы. Функции же Рассмотрим интегралы Произведя над функциями
мы получим новую систему функций Взяв в качестве базиса представления функции мы будем иметь новое представление той же размерности. Такие представления, которые получаются друг из друга путем линейного преобразования функций из базиса, называются эквивалентными, они, очевидно, не являются существенно различными. Матрицы эквивалентных представлений связаны друг с другом простым соотношением: согласно (12,7) матрица оператора
в старом представлении. Сумма диагональных элементов (т. е. след) матрицы, представляющей элемент G группы, называется ее характером; мы будем обозначать характеры посредством Если понимать под S в (94,5) элемент группы, связывающий сопряженные элементы G и G, то мы придем к результату, что в каждом данном представлении группы характеры матриц, представляющих элементы одного класса, одинаковы. Единичному элементу группы Е соответствует тождественное преобразование. Поэтому представляющая его матрица во всяком представлении диагональна, причем диагональные элементы равны единице. Характер
Рассмотрим некоторое представление размерности f. Может оказаться, что в результате соответствующего линейного преобразования (94,4) функции базиса разбиваются на наборы по В таком случае говорят, что данное представление приводимо. Если же число преобразующихся друг через друга функций базиса не может быть уменьшено никаким их линейным преобразованием, то осуществляемое ими представление называется неприводимым. Всякое приводимое представление может быть, как говорят, разложено на неприводимые представления. Это значит, что соответствующим линейным преобразованием функции базиса разбиваются на ряд наборов, из которых каждый преобразуется при воздействии элементов группы по какому-либо неприводимому представлению. При этом может оказаться, что несколько различных наборов преобразуется по одному и тому же неприводимому представлению; в таком случае говорят, что это неприводимое представление содержится в приводимом соответствующее число раз. Неприводимые представления являются существенной характеристикой группы и играют основную роль во всех квантовомеханических применениях теории групп. Укажем главные свойства неприводимых представлений Можно показать, что число различных неприводимых представлений группы равно числу Матричные элементы неприводимых представлений удовлетворяют ряду соотношений ортогональности. Прежде всего для двух различных неприводимых представлений имеют место соотношения
где
т. е. отличны от нуля лишь суммы квадратов модулей матричных элементов
Соотношения (94,7)-(94,8) можно записать вместе в виде
В частности, отсюда можно получить важное соотношение ортогональности для характеров представлений; суммируя обе стороны равенства (94,9) по парам индексов
При
— сумма квадратов модулей характеров неприводимого представ ления равна порядку группы. Заметим, что этим соотношением можно пользоваться как критерием неприводимости представления — для приводимого представления эта сумма во всяком случае больше g (так она равна Из (94,10) следует также, что равенство характеров двух неприводимых представлений является не только необходимым, но и достаточным условием их эквивалентности. Поскольку характеры, относящиеся к элементам одного класса, одинаковы, то в сумме (94,10) в действительности имеется всего
где суммирование производится по Поскольку число неприводимых представлений совпадает с числом классов, то величины Из имеющих место соотношений ортогональности по первому индексу
Среди неприводимых представлений всякой группы всегда имеется одно тривиальное, осуществляющееся одной функцией базиса, инвариантной по отношению ко всем преобразованиям группы. Это одномерное представление называется единичным; все характеры в нем равны единице. Если в соотношении ортогональности (94,10) или (94,11) одно из представлений — единичное, то для другого получим
т. е. сумма характеров всех элементов группы для всякого неединичного представления равна нулю. Соотношение (94,10) позволяет очень просто произвести разложение всякого приводимого представления на неприводимые, если известны характеры тех и других. Пусть
Умножая это равенство на
Рассмотрим представление размерности
сумма квадратов размерностей неприводимых представлений группы равна ее порядку Отсюда следует, в частности, что у абелевых групп (где Укажем также, без доказательства, что размерности неприводимых представлений группы являются делителями ее порядка. Фактическое разложение регулярного представления на неприводимые части осуществляется формулой
Легко проверить, что функции
т. е. являются базисом Произвольную функцию
Для доказательства подставим вторую формулу в первую и, произведя суммирование по
Заметив, что размерности Составляя произведения мы получим систему
то
отсюда для характеров, которые обозначим как
т. е.
Оба перемножаемые неприводимые представления могут, в частности, совпадать; в этом случае мы имеем два различных набора функций
Это приводимое представление можно сразу разбить на два представления меньшей размерности (но, вообще говоря, все еще приводимые). Одно из них осуществляется Для определения характеров симметричного произведения пишем
Отсюда имеем для характера
Но
таким образом, окончательно получим формулу
позволяющую определить характеры симметричного произведения представления самого на себя по характерам исходного представления. Совершенно аналогичным образом найдем для характеров антисимметричного произведения формулу 1)
Если функции Отметим важное для дальнейшего свойство прямых произведений. Разложение прямого произведения двух различных неприводимых представлений на неприводимые части содержит единичное представление (причем один только раз), лишь если перемножаемые представления являются комплексно сопряженными. В случае вещественных представлений единичное представление содержится лишь в прямом произведении неприводимого представления самого на себя (причем, очевидно, в его симметричной части). Действительно, чтобы узнать, содержится ли в представлении (94,21) единичное представление, надо (согласно (94,16)) просто просуммировать его характеры по G (и разделить результат на порядок группы g). Сделанное утверждение следует тогда прямо из соотношений ортогональности (94,10). Наконец, сделаем несколько замечаний о неприводимых представлениях группы, являющейся прямым произведением двух других групп (не смешивать с прямым произведением двух представлений одной и той же группы!). Если функции Характеры этого представления получаются перемножением соответствующих характеров исходных представлений (ср. вывод формулы (94,21)); элементу
Перемножив, таким образом, друг с другом все неприводимые представления групп А и В, мы получим все неприводимые представления группы
|
1 |
Оглавление
|