群与物理学的伴随作用动量

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

  • 该文本探讨了庞加莱群和巴格曼群及其在量子力学中的作用。
  • 它解释了群的中心扩张如何引入质量或电荷等物理量。
  • 采用索里亚u的几何量子化方法推导出如克莱因-戈登方程等物理方程。

群与物理的伴随作用动量

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庞加莱群的中心扩张。

在J.M.苏里奥的著作《动力系统结构》中提到了这种扩张。他所采用的几何量子化方法,能够从群出发,推导出量子力学方程。例如,描述非相对论质点的巴格曼群,导出了非相对论的薛定谔方程。

其出发点是伽利略群。这是一个5×5的矩阵,构造方式如下:

(152)

公式152

旋转矩阵依赖于三个参数,即欧拉角。因此,该群的维数为十。

使用如下记号:

(153)

公式153

(154)

公式154

对应时空:

(155)

公式155

尽管看起来有些奇怪,但该群在其动量空间上的伴随作用构造中,并未显现出质量m作为一个几何对象。这只有通过该群的非平凡扩张——巴格曼群(1960年)才能实现。

(156)

公式156

标量f的引入使该群的维数增加了一维:变为十一维。

该群作用于一个五维时空空间,外加一个额外的维度z,其作用形式为:

(157)

公式157

前面已给出巴格曼群在其动量空间上的伴随作用。可以看出,通过添加标量f(即增加群的一维),动量中也相应增加了一个分量,该分量可被识别为质量m(同时质量守恒:m' = m)。

从巴格曼群出发,并利用其几何量子化方法,苏里奥便能构造出非相对论的薛定谔方程。

相对论性量子方程是克莱因-戈登方程。因此,自然地,人们会试图寻找它所源自的群。这就是中心扩张:

(158)

公式158

“pe”代表“扩展的庞加莱群”。这里我们是从洛伦兹群Lo的正则子群出发构造庞加莱群。

该群所对应的时空空间同样是五维的:

(159) ( t , x , y , z , z )

这种扩张比巴格曼群的扩张更简单,但事实上相对论情形下问题总是更简单些。顺便可证明:在第一行的1和f之间,唯一可能的是行向量 0 = ( 0 0 0):即全为零。

于是,几何量子化方法便导出了克莱因-戈登方程。当讨论群在其动量空间上的作用时,我们得到如下结果:

(160)

Jpe = { c , M , P } = { c , Jp }

计算并不复杂,实际上完全复制了庞加莱群在其动量空间上伴随作用的计算过程。

我们先计算反作用:

(160 b)

然后表达标量积(对偶性)的不变性:

(160 c)

如果你能顺利完成这个计算,那将是一个非常好的迹象,意味着你已经开始进入这个复杂的领域。

于是出现了一个标量c,其唯一功能是保持不变。它代表什么?没有解释。它只是“某种守恒量”。我们可以赋予它例如电荷的物理意义。

一个自然的想法是多次实现这种扩张:

(161)

公式161

后文将证明,这种操作可以无限次进行,每次增加一个额外的标量:

(162) Jpe = { c₁, c₂, c₃, ..., M, P }
Jpe = { c₁, c₂, c₃, ..., Jp }

其伴随作用为:

(163)

我们随后将认为动量分量的某些离散值对应于粒子的电荷。

读者可能会说:确实,我们也可以添加六行额外的行。这样就能得到若干守恒标量,可分别对应于:

(164)

c₁ = e(电荷)
c₂ = cB(重子数)
c₃ = cL(轻子数)
c₄ = cm(μ子数)
c₅ = ct(τ子数)
c₆ = v(磁矩系数)

只需考虑一个十维空间上的群及其相应作用:

(165) ( x, y, z, t, z₁, z₂, z₃, z₄, z₅, z₆ )

(166)

公式166

再次,我们围绕洛伦兹群Lo的正则子群构建该群:

Lo = Ln(中性分量)» Ln(空间反演)。

这个具有两个连通分支的群,仅简单地引入了六个标量,它们伴随粒子但不与其他任何东西相互作用。动量变为:

(167) Jpe = { q, cB, cL, cm, ct, v, Jp }

其中 Jp 代表“庞加莱部分”。但这种构造的实际意义仍然有限。