Science: 传热中的反宇称-时间对称( 三 )

APT对称的性质相当于把PT对称中的所有量乘以虚数单位i,从而交换实部和虚部。在波动系统中,要构造严格的APT对称需要同时存在正负特征频率,以及纯虚数的耦合系数,实际困难很大。现有实验实现的APT波动系统都需要对场进行后处理,而不是直接满足对称性。在传热系统中这些问题都非常自然地得到了解决,因为正负的特征频率体现在对流项上就是向相反方向移动的背景,而纯虚数的耦合系数就是通过热传导进行的能量交换。可以证明,图1C, D中的简单构造就满足严格的APT对称。

Science: 传热中的反宇称-时间对称

对于图1C, D中的系统,温度场演化的本征值和本征态都可以直接理论计算得到。结果显示系统在不同的背景速度v下表现出两个不同的相。在低速下,系统受APT对称保护,本征值为负的纯虚数,对应本征态在空间中保持静止。当v超过一个临界速度之后,系统发生APT对称破缺,本征值出现非零的实部,对应本征态在空间中移动。这些预测得到了二维数值模拟的证实。对图1C中的二维系统左右施加周期性边界条件后,有限元模拟得到的本征值和理论结果相符,相变发生的奇异点(exceptional point)位置基本吻合(图2A, B)。模拟获得的本征态温度分布也符合理论解,观察可见随着速度的增大,在对称相中两个温度场都保持静止,但之间形成了逐渐接近π/2的相位差(图2C中I, I’, II, II’)。在对称破缺相中,不论如何选取规范,至少存在一个温度场其正向和反向波解的大小不同,也就必然存在温度场的整体移动(图2C中IV)。

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