對稱性與點群
對稱操作(symmetry operation)
拿起一塊正方形磁磚,把它轉四分之一圈。如果你剛才閉著眼睛,你根本分不出它動過:角落落在角落上,邊落在邊上。這種「做了動作,看起來卻毫無改變」的移動,就是一個對稱操作。它是晶體學最基本的「動詞」:對物體施加一個動作,卻讓它和起始狀態無法區分。
精確地說,對稱操作是一種剛體運動,旋轉、鏡面反射、通過一點的反演,或乾脆什麼都不做(恆等操作),它把每一個原子搬到同種原子的位置上,讓整個圖案完全疊回自己。把兩個操作接連做,會得到第三個;每個操作都能被還原;而且總有一個「什麼都不做」的恆等操作。這些「封閉」規則正是數學上「群」的規則,這也是為什麼對稱要用群論來描述。舉個數字:繞正方形中心的四重旋轉是轉 90 度,連做四次(90、180、270、360 度)就回到原點。
只讓「至少一個點」保持不動的點操作(旋轉、反射、反演、旋轉反演)建構出 32 個晶體學點群。再加上會讓圖案平移的操作(平移、螺旋軸、滑移面),就得到 230 個空間群。要注意區分:操作是「動作」;而它所繞的幾何實體(軸、面、點)叫做對稱元素。
把一個像苯環的六邊形繞中心轉 60 度:每個角都落到下一個角上,形狀不變,這就是一個對稱操作,一個六重旋轉。
對稱操作是一種讓物體看起來完全相同的移動。
操作是動詞(那個移動);對稱元素是名詞(它所繞的軸、面或點)。初學者常把兩者混為一談,請把它們分清楚。
又稱
另見