<< 5. Interpretaciya i prilozheniya ... | Oglavlenie | 5.2 Izolirovannye sistemy na ... >>
- 5.1.1 Smesheniya Li i preobrazovaniya Li geometricheskih ob'ektov
- 5.1.2 Preobrazovaniya Li v geometricheskoi formulirovke OTO
- 5.1.3 Dinamicheskii lagranzhian
- 5.1.4 Kalibrovochnye preobrazovaniya
- 5.1.5 Intepretaciya kalibrovochnyh preobrazovanii
5.1 Kalibrovochnye preobrazovaniya v polevoi formulirovke OTO
Kalibrovochnye preobrazovaniya i ih svoistva v polevoi formulirovke pryamo vytekayut iz obshei kovariantnosti OTO v obychnoi geometricheskoi formulirovke. Podrobnym obrazom eta svyaz' issledovana v rabote [1] s pomosh'yu slozhnoi i gromozdkoi matematiki. Zdes' my daem klyuchevye vyvody [1] i daem kachestvennye poyasneniya.
5.1.1 Smesheniya Li i preobrazovaniya Li geometricheskih ob'ektov
Opredelenie preobrazovanii Li i proizvodnyh Li mozhet byt' naideno
vo mnogih uchebnikah i s raznyh pozicii, naprimer v rabote [2].
Predpolozhim, chto nekotoroe koordinatnoe preobrazovanie
opredeleno smesheniem vdol' kongruencii opredelennoi vektornym polem
. Togda ego mozhno predstavit' v vide
ryada
gde -- proizvodnaya Li, opredelennaya eshe v lekcii 1.
Predpolozhim, chto drugoi geometricheskii ob'ekt
yavlyaetsya funkciei ot nabora predydushih i
ih proizvodnyh, i ne yavlyaetsya yavnoi funkciei koordinat.
S odnoi storony, v silu opredeleniya geometricheskogo ob'ekta
na mnogoobrazii, posle tochechnogo preobrazovaniya
dolzhen udovletvoryat' sootnosheniyu tipa (5.2).
S drugoi storony, prostaya podstanovka (5.2) v
daet tozhe samoe sootnoshenie:
5.1.2 Preobrazovaniya Li v geometricheskoi formulirovke OTO
Kovariantnye svoistva OTO formal'no sleduyut iz togo,
chto lagranizhian v deistvii
Lagranzhian ne zavisit yavno ot koordinat, poetomu prosto podstanovka
daet tot zhe rezul'tat (5.5). Poskol'ku -- skalyarnaya plotnost', to lyuboi chlen v summe (5.5) yavlyaetsya divergenciei, sledovatel'no, vsya summa takzhe est' divergenciya. Izmenenie lagranzhiana na divergenciyu, kak izvestno, ne izmenyaet rezul'tatov var'irovaniya, to est' privedet k tem zhe samym uravneniyam. Poetomu chasto pri issledovanii simmetrii deistviya vmesto svoistv kovariantnosti rassmatrivayut invariantnost' otnositel'no Li preobrazovanii. Obychno ogranichivayutsya lish' pervym chlenom v summah (5.6) i sootvetstvenno v (5.5), naprimer, kak v uchebnike Landau i Lifshica [3].
5.1.3 Dinamicheskii lagranzhian
Davaite perepishem dinamicheskii lagranzhian polevoi formulirovki
opredelennyi v (4.25)
lekcii 4 v konkretnoi forme:
Obsudim smysl postroeniya. Yasno, chto prostaya podstanovka razbieniya
v k novym svoistvam ne privodit. Kak pri var'irovanii po dinamicheskim peremennym, tak i pri var'irovanii po fonovovym poluchayutsya lish' uravneniya Einshteina v prezhnei forme. Reshayushim yavlyaetsya vychitanie . S odnoi storony, var'irovanie po dinamicheskim peremennym daet te zhe uravneniya Einshteina. Deistvitel'no, chlen ne daet vklada poskol'ku on lineeen po i , i proporcionalen, kak eto vidno iz (5.7), fonovym uravneniyam, kotorye schitayutsya vypolnennymi posle var'irovaniya. S drugoi storony, blagodarya vychitaniyu var'irovanie v (5.7) po fonovoi metrike dast neischezayushii polnyi tenzor energii-impul'sa (sm. (30) v lekcii 4) kak istochnik v polevyh uravneniyah. Vychitanie takzhe neobhodimo, deistvitel'no, ono garantiruet, chto v otsutstvie vsyakih polei ( i ) otsutstvuet i sam dinamicheskii lagranzhian .
Ostaetsya vopros, kotoryi trebuet takzhe obsuzhdeniya. Pochemu fonovye uravneniya (ih operatory vhodyat v -- sm. (5.7)) my ne schitaem vypolnennymi do var'irovaniya? Delo v tom, chto tochno takoi zhe chlen soderzhitsya v pervom slagaemom, tol'ko neyano. Deistvitel'no, mozhet byt' razlozhen v ryad po dinamicheskim peremennym s pomosh'yu variacionnyh proizvodnyh. Togda stanovitsya ochevidnym, chto ryad soderzhit , no tol'ko so znakom (+) i eti chleny dolzhny vzaimno sokrashat'sya. Takoe razlozhenie kak raz pokazyvaet, chto ne menee, chem kvadratichen po i , chto estestvenno dlya obychnoi polevoi teorii.
5.1.4 Kalibrovochnye preobrazovaniya
Teper' poyasnim tu invariantnost', kotoraya byla
prodeklarirovana v lekcii 4 otnositel'no preobrazovanii:
Podstanovka (5.9) v pervyi iz lagranzhianov v (5.7) ekvivalentna podstanovke (5.6) v s rezul'tatom (5.5), gde lanranzhian priobretaeit lish' dopolnitel'nuyu divergenciyu. Podstanovka (5.9) v chlen ostavlyaet ego proporcional'nym fonovym uravneniyam. Takim obrazom, my dokazali utverzhdenie, chto invarianten otnositel'no kalibrovochnyh preobrazovanii (5.9) s tochnost'yu do divergencii i na fonovyh uravneniyah.
Invariantnost' uravnenii dvizheniya v polevoi formulirovke otnositel'- no (5.9) ustanavlivaetsya takzhe prosto. Polevye uravneniya ekvivalentny obychnym uraneniyam Einshteina na fonovyh uravneniyah. Znachit, s tochnost'yu do fonovyh uravnenii argumenty vhodyat v operatory uravnenii tol'ko v vide summ (5.8). A togda podstanovka kalibrovochnyh preobrazolvanii (5.9) v polevye uravneniya privedet k preobrazovaniyu tipa (5.3) dlya operatorov uravnenii. A eto znachit, chto esli uravneniya dvizheniya udovletvoreny, to oni invariantny otnositel'no (5.9). Drugimi slovami, uravneniya dvizheniya polevoi formulirovki OTO invariantny otnositel'no kalibrovochnyh preobrazovanii (5.9) na samih sebe i na fonovyh uravneniyah.
Pri preobrazovaniyah (5.9) fonovaya metrika ne podvergaetsya nikakim preobrazovaniyam, koordinaty tozhe neizmenny. Znachit, (5.9) vpolne mozhno interpretirovat' kak kalibrovochnye (vnutrennie) preobrazovaniya, i zabyt', chto oni yavlyayutsya rezul'tatom smeshenii Li v geometricheskoi formulirovke i posleduyushego perehoda k polevoi.
5.1.5 Intepretaciya kalibrovochnyh preobrazovanii
My pokazali kak kalibrovochnye preobrazovaniya (5.9)
v polevoi formulirovke svyazany s preobrazovaniyami Li v geometricheskoi.
Okazyvaetsya, chto (5.9) takzhe svyazany s vyborom fona dlya postroeniya
polevoi formulirovki.
Rassmotrim nekotoroe reshenie uravnenii
Einshteina
i razob'em ego na summu
fonovyh i dinamicheskih chastei:
Teper' preobrazuem vybrannoe reshenie v novye koordinaty i sdelaem razbienie
Glavnoe svoistvo etogo razbieniya v tom, chto forma fonovoi metriki ta zhe samaya, chto i v razbienii (5.10), hotya i v novyh koordinatah. Teper' v sootnoshenii (5.9) v ramkah sistemy { x'} pereidem ot tochek so znacheniyami x' k tochkam so znacheniyami x. Posle etogo, ispol'zuya (5.10) i (5.11) v forme (5.1) poluchim, chto i svyazany pervym iz preobrazovanii (5.9).
Ris.3. |
Vspomnim, chto i v (5.10), i v (5.12) fonovaya metrika odna i ta zhe. No poskol'ku ona vybrana v razlichnyh koordinatah, to eto oznachaet chto fonovoe prostranstvo-vremya, k kotoromu otnositsya eta metrika, vybiraetsya dvumya razlichnymi sposobami. Kazhdyi sposob opredelyaet svoi vozmusheniya, kotorye svyazany vpolne opredelennymi sootnosheniyami (5.9). Kachestvenno eta situaciya poyasnyaetsya na Ris. 3, gde krivaya oznachaet samo reshenie, a dve pryamye oznachayut vybor fona, skazhem ploskogo, dvumya razlichnymi sposobami. Otkloneniya krivoi ot kazhdoi iz pryamoi opredelyaet dva sorta vozmushenii, kotorye i svyazany kalibrovochnymi preobrazovaniyami. Takim obrazom, fiksaciya kalibrovki oznachaet fiksaciyu sposoba zadaniya fona.
Kak illyustraciyu rassmotrim reshenie Shvarcshil'da v dvuh sistemah koordinat: shvarcshil'dovoi i izotropnoi . V oboih sluchayah v kachestve fona vyberem ploskii. V pervom sluchae on opisyvaetsya sfericheskimi koordinatami , vo vtorom sluchae sfericheskimi koordinatami . V kazhdom sluchae postroim vozmusheniya, a zatem, skazhem v pervom sluchae, zamenim R na , togda poluchim, chto vozmusheniya etih dvuh sortov svyazany preobrazovaniyami tipa (5.9), no seichas bez yavnogo vyrazheniya cherez vektory .
<< 5. Interpretaciya i prilozheniya ... | Oglavlenie | 5.2 Izolirovannye sistemy na ... >>
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zakony sohraneniya - Obshaya teoriya otnositel'nosti - gravitaciya
Publikacii so slovami: zakony sohraneniya - Obshaya teoriya otnositel'nosti - gravitaciya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |