群和物理伴随作用动量

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自旋粒子

庞加莱群描述了点状物体的相对论运动。同样,巴格曼群(其表达式将在后面给出)描述了点状物体的非相对论运动,此时称为“质点”。

因此可以看出,这种技术,即对群在动量空间上的共轭作用的计算,使得一些隐藏的元素、物体的属性显现出来:动量的

分量

。

值得注意的是,这种由苏利亚(Souriau)提出的思路,使得物理学家的关键对象

以纯粹几何对象的形式出现

。因此,他在此实现了物理学的几何化这一前所未有的工作。

除了能量和动量之外,其他分量,“自转”和“穿越”使物理学家感到相当困惑。那是什么?

动量分量的表达显然取决于所选择的坐标系。

最简单的方法可能是回到非相对论的情况,即回到共轭作用的表达式,这种表达式将从巴格曼群的分析中浮现出来。

(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)

只是速度向量{vx, vy, vz}的两种表达方式,第一种是列矩阵的形式,第二种是行矩阵的形式。两个矩阵的乘积是一个标量:

(113)

这看起来开始像

动能

。

mv 是动量。

传统物理学家在研究质点动力学时,只了解三件事:

  • 质量 m

  • 动量 mv

  • 动能 1/2 mv²

是的,但速度是相对于什么的?

一个群,也是一种

视角

。我们可以认为,通过群将物体(如我们之前看到的欧几里得群)相对于一个假定固定的观察者进行移动,或者,物体是固定的,我们以另一种方式观察它。

如果考虑这种移动,即物体的运输,对于

动力群

(物理中的群,与欧几里得群不同,因为欧几里得群中没有时间出现),我们必须说我们

赋予了物体以运动

,即赋予它速度 v 和能量 E。

如果我们采取相反的观点:认为物体是固定的,而我们自己移动,那么群的意义是什么?

欧几里得群将意味着:

“从别处,以另一种角度观察”。

“别处”是

平移向量

:

(114)

“以另一种角度”是旋转矩阵 a,即空间中的旋转(可以用欧拉角来明确表达,但我们不这么做)。

对于动力群,这种视角必须更加丰富。仍然在巴格曼群的背景下,引入速度 v 的意义是:除了观察者从别处(平移向量 c)观察这个质点,以另一种角度(旋转矩阵 a)观察之外,观察者本身也以速度 v 相对于这个假定静止的质点运动。

为了完整,为了增加复杂性,观察者并不是与被观察的质点同时变化的,而是与它有一个时间差 Δt。

换句话说,他从别处观察,但这是时空上的别处,对应于时空平移向量:

(115)

在这种“退后一步”的视角下,相对于这个质点,我观察到了什么?首先,我发现:m' = m

这不会影响它的质量。

我可以简化生活,取消旋转。观察一个从别处、从另一个时间、延迟的质点,站在一个以速度 v 移动的滑板上,已经够复杂的了。是否有必要再扭头呢?

不。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)

在这里,“考虑”应按其词源意义来理解。当我考虑一种情况,天空、战场、飞机拍摄的电影时,我做了什么?

一个法警会写:

  • 考虑现场的情况……

静态的视角,对应于欧几里得群。法警在距离 c 处,同一时刻(Δt = 0),原则上静止(v = 0)地观察物体。如有必要,从特定角度,即“某个角度”观察。

一个将军在侦察机中散步,是一种类似法警的人,他移动(v ≠ 0)。

但一个参谋长观看由间谍飞机或“无人机”拍摄的影片时,他面对的是一个在时间上有所延迟的情况。他必须说:

  • 考虑目标,从某个点、倾斜转弯、以某个速度观察,而且是两个小时之前的样子……

目标本身没有特殊的速度。即使它是一个“固定装置”,也不能认为它是静止的。即使地球在移动,太阳也在移动,银河系也在移动,等等。

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