"Ableitung" der Lorenz-Eichbedingung aus der Lagrange-Funktion

Ich studiere QFT mit Mandl & Shaw, Quantenfeldtheorie, und bin auf Problem 2.3 (Seite 37 in der zweiten Ausgabe) gestoßen, in dem es heißt:

Aufgabe 2.3: Zeigen Sie, dass die Lagrange-Dichte

L = 1 2 [ a ϕ β ( X ) ] [ a ϕ β ( X ) ] + 1 2 [ a ϕ a ( X ) ] [ β ϕ β ( X ) ] + μ 2 2 ϕ a ( X ) ϕ a ( X )

für das reelle Vektorfeld ϕ a ( X ) führt zu den Feldgleichungen

[ G a β ( + μ 2 ) a β ] ϕ β ( X ) = 0

und dass das Feld ϕ a ( X ) erfüllt die Lorenz-Bedingung

a ϕ a ( X ) = 0.

Ich habe den ersten Teil gemacht, bin mir aber nicht sicher, wie ich mich dem zweiten Teil nähern soll - Ableitung der Lorenz-Eichbedingung. Ich weiß jetzt, wie ich beide Ergebnisse herleiten kann.

Aber warum/wie ist das möglich ? Der Lagrange-Operator sieht für jede Feldkomponente mit Ausnahme des zweiten Terms sehr ähnlich aus wie ein Klein-Gordon-Lagrange-Operator. Wenn die Lorenz-Bedingung jedoch tatsächlich aus der gegebenen Lagrange-Funktion ableitbar war, ist der zweite Term identisch Null, und die Lagrange-Funktion reduziert sich für jede Komponente vollständig auf eine Klein-Gordon-Lagrange-Funktion. Was war dann der Sinn des zweiten Terms im Lagrange von Anfang an? Ihr Beitrag zur Bewegungsgleichung ist ebenfalls identisch Null, wenn die Lorenz-Bedingung erfüllt ist.

Gibt es hier eine sinnvolle physikalische Deutung zu lernen?

Was passiert, wenn man die Ableitung der Feldgleichung bzgl a ?
@ gj255 okay, wow, das macht den Job. Es war peinlich einfach. Ich verstehe aber immer noch nicht, was das bedeutet.
Sie können eom nicht wieder in die Lagrangedichte einsetzen, es sei denn, das Feld ist ein Hilfsfeld (vgl. z. B. die Lagrangedichte auf der Schale verschwindet ).
Wenn Sie eine Theorie von vier unabhängigen Skalarfeldern hätten, die die Klein-Gordon-Gleichung erfüllen, gäbe es keine Lorenz-Bedingung, die sie verbindet. Die Tatsache, dass Sie die Lorenz-Bedingung verwendet haben, um die Lagrange-Funktion oder Bewegungsgleichungen auf eine bestimmte Weise zu reduzieren, bedeutet nicht, dass Sie vergessen können, dass Sie immer noch die Lorenz-Bedingung haben.

Antworten (1)

Wie @gj255 bereits bemerkt hat, a erhält μ 2 β ϕ β = 0 , was für μ 2 0 bricht zum Lorenzpegel ab. Setzt man dies wieder in die Bewegungsgleichung ein, erhält man ( + μ 2 ) ϕ a = 0 , eine Klein-Gordon-Gleichung, wie Sie vermutet haben. Mit anderen Worten, wir können uns unsere einzelne Euler-Lagrange-Gleichung als zwei Gleichungen in einer vorstellen, eine KGE und die Lorenz-Eichung.

Sie haben gefragt, was das physikalisch bedeutet. Was es bedeutet, ist, dass, während ϕ a hat 4 Freiheitsgrade, auf die das Messgerät reduziert 3 , die Zahl, die von einem massiven Spin- 1 Partikel. (Die Funktion des zweiten Terms, nach der Sie gefragt haben, besteht daher darin, diese DOF-Reduzierung zu erzeugen. Ein Lagrangian, bei dem er gelöscht wurde, ist nicht äquivalent, da wir die Lorenz-Eichung verlieren.)

Sie können dies im Anhang zu Kapitel I.5 von A. Zee's Quantum Field Theory in a Nutshell sehen, wo er ohne Annahme einer Lagrange-Funktion die Lorenz-Eichweite motiviert, die Anzahl der DOFs zu reduzieren, und zeigt, dass dies + die KGE Ihrer Gleichung entspricht der Bewegung. Dann stellt er fest, dass die linke Seite des EOM mit multipliziert wird ϕ a 2 ergibt eine massive Lagrange-Dichte, die (bis zur partiellen Integration) nur die massive Maxwell-Lagrange-Dichte ist.