群与物理的共轭作用动量

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 庞加莱群和巴格曼群分别描述了点状物体的相对论运动和非相对论运动。
  • 群对动量空间的共轭作用技术揭示了物体隐藏的属性,例如动量。
  • 这种方法由苏里亚提出,将物理几何化,把物理对象表示为几何实体。

群与物理学共轭作用动量

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自旋粒子。

庞加莱群描述了一个点状物体的相对论运动。类似地,巴格曼群(其表达式将在后面给出)描述了一个点状物体的非相对论运动,这时我们称之为“质点”。

因此,我们看到这种技术,即计算群在动量空间上的共轭作用,使得隐藏的元素、物体的属性——动量的“分量”——浮现出来。

值得注意的是,这种由苏里亚(Souriau)提出的方法,将物理学家的关键对象视为“纯粹几何对象”。因此,他完成了前所未有的“物理几何化”工作。

除了能量和动量之外,其他分量,如“旋转”和“位移”,让物理学家感到相当困惑。这是什么?

显然,动量分量的表达式取决于所选择的坐标系。

也许最简单的方式是简要回顾非相对论情况,即巴格曼群的共轭作用的表达式。

(111)

公式 111

神秘的公式。它有什么用?它是如何运作的?

在上面的框中,物理学家会认出一些熟悉的对象:

(112)

公式 112

它们只是速度向量 { vx , vy , vz } 的两种表达方式,一种是列矩阵形式,另一种是行矩阵形式。两者的乘积是一个标量:

(113)

公式 113

这开始看起来像动能。

m v 是动量。

传统的物理学家在谈及质点动力学时,只知道三件事:

  • 质量 m
  • 动量 m v
  • 动能 1/2 mv²

是的,但“相对于什么的速度”?

一个群也是一种“看待事物的方式”。因此,我们可以认为,利用群,将物体相对于一个假设固定的观察者进行“搬运”,或者,如果物体固定,我们则以另一种方式观察它。

如果采用这种“搬运”、“移动”物体的方式,对于“动力群”(物理学中的群,与不包含时间的欧几里得群相对),我们也可以说我们“赋予”了物体速度 v 和能量 E 。

如果我们采取相反的观点:认为物体是固定的,而我们自己在移动,那么群又意味着什么?

欧几里得群意味着:

“从别处、以另一个角度看待”。

“别处”是“平移向量”:

(114)

公式 114

“以另一个角度看待”是旋转矩阵 a,即空间中的旋转(可以用欧拉角来明确表示,但我们将不这么做)。

对于动力群,这种“看待事物”的视角需要进一步丰富。在巴格曼群的框架下,引入速度 v 意味着,除了观察者从别处(平移向量 c)和另一个角度(旋转矩阵 a)观察这个质点之外,他还相对于这个静止的质点具有速度 v

为了完整起见,为了增加复杂性,他所处的时间与被观察的质点不同,相对于该质点,他滞后了时间 Dt。换句话说,他从别处观察,但这个“别处”是时空上的别处,对应于时空平移向量:

(115)

公式 115

当我以这种方式“后退”观察这个质点时,我首先注意到:m' = m

这不影响它的质量。
我可以简化情况,取消旋转。毕竟,从别处、从另一个时间、骑着一个以速度 v 运动的滑板观察一个质点已经够复杂了,是否还需要额外扭曲脖子?

不需要。我们让 a = 1

但通常在计算中会忽略这个细节。这样特定化的共轭作用变为:
(117)

公式 117

此处“考虑”应理解为词源意义。当我“考虑”一个情境、天空、战场、或由侦察机拍摄的影片时,我在做什么?

一名公证人会写道:

  • 考虑现场状况……

这是静态视角,对应于欧几里得群。公证人以距离 c 观察物体,同一时间(Dt = 0),原则上静止( v = 0)。如果有必要,可能从特定角度观察。

一名将军在侦察机上巡视,就像一个移动的公证人(v ≠ 0)。

但一个参谋总长在观看由“无人机”拍摄的影片时,面对的是一种时间上滞后的情境。他必须意识到:

  • 考虑目标,从某一点以倾斜转弯的方式、以某速度观察,并且是两小时前的样子……

目标本身并没有特别的速度。即使它是一个“固定设施”,也不能简单地认为它是静止的。地球在移动,太阳也在移动,银河系也在移动,等等。