Energieerhaltung, wenn der Lagrange-Operator eine Potentialfunktion enthält

Beim Beweis, dass die Homogenität der Zeit zur Erhaltung der Energie führt,

(Dies ist der Beweis von Landau für den Fall, dass kein Feld vorhanden ist.)

(Verwendet die Summationskonvention von Einstein)

D L D T = L Q ich Q ich ˙ + L Q ich ˙ Q ich ¨ + L T

Aber, L / T = 0 unter der Annahme der Homogenität der Zeit und so,

D L D T = L Q ich Q ich ˙

Unter Verwendung der Lagrange-Euler-Gleichung (Summierung über alle möglichen ich 'S)

L Q ich = D D T ( L Q ich ˙ )
und so,
D L D T = D D T ( L Q ich ˙ ) Q ich ˙

0 = D D T ( L Q ich ˙ Q ich ˙ L )

was gibt,

D ( E ) D T = 0

Eine oben nicht erwähnte Annahme, die ich für wichtig halte, ist die Q ich ¨ = 0 was Sinn macht, weil ein Teilchen in Ermangelung eines Feldes nicht beschleunigt wird, was wiederum auf die Aussage zurückgeht L nicht zeitabhängig wie damals Q ich ˙ wäre konstant und so L = T U = T 0 = T Wo T ist eine quadratische Funktion von Q ich ˙ was eine Konstante ist, würde zu dem oben gezeigten Beweis führen.

Allerdings, wenn es ein Feld gibt U = U ( Q ich ) vorhanden, auch wenn es konstant ist und nicht von der Zeit abhängt, ich bin mir nicht sicher, wie L sollte auch zeitunabhängig sein. Denn jetzt, da ein Feld vorhanden ist, Q ˙ würde von der Zeit abhängen und so Q ¨ 0 und so bin ich verwirrt, wie ich mit dem Beweis fortfahren soll. Die Situation wird durch die Tatsache weiter verkompliziert, dass weil L kommt drauf an Q ˙ und weil Q ˙ hängt von der Zeit ab, L sollte von der Zeit abhängen und so die Annahme, dass L / T = 0 würde nicht stimmen.

Irgendwelche Hinweise wären wirklich dankbar.

Antworten (2)

Nun, ich glaube nicht, dass Sie diese Annahme unbedingt brauchen.

Beginnen Sie wie zuvor mit

D L D T = L Q Q ˙ + L Q ˙ Q ¨ + L T

Und mit L T = 0 nach Annahme.

Verwenden Sie jetzt die Euler-Lagrange-Ersetzung L Q von D D T L Q ˙ . Das haben wir:

D L D T = D D T ( L Q ˙ ) Q ˙ + L Q ˙ Q ¨

Und wir erkennen das Rhs durch die Produktregel an D D T ( L Q ˙ Q ˙ )

Was das impliziert

D D T ( L Q ˙ Q ˙ L ) = 0

Vielen Dank! Aber warum können wir das immer noch annehmen L / T = 0 ? Nun, da es ein Nicht-Null-Feld gibt, werden die Teilchen nicht beschleunigen, wodurch die Geschwindigkeit wiederum zeitabhängig wird, wodurch die kinetische Energie und dann die Lagrange-Zeit zeitabhängig wird?
@AashishTripathee Sie scheinen verwirrt über die partielle Differenzierung zu sein. Wenn es als mathematisches Objekt betrachtet wird L : R 2 N + 1 R Wo N ist die Anzahl der Koordinaten Q , die Bedeutung ist einfach. Wenn nicht so gesehen, ist die partielle Differenzierung eher eine "willkürliche" Aufteilung von Koordinaten, die gültig ist, solange Ihre Wahl konsistent ist.
@AashishTripathee In den meisten Fällen mit einem Potenzial, D L D T 0 Aber L T = 0 .
Ah, jetzt ergibt es Sinn. Vielen Dank @NeuroFuzzy und Snulty.

Energie bleibt im System erhalten, wenn die Lagrange-Funktion nicht explizit von der Zeit abhängt. Das von Ihnen eingeführte Potentialfeld kann nicht explizit zeitabhängig sein, wenn Sie Energieerhaltung wollen. Die wichtige Unterscheidung ist zwischen expliziter und impliziter Zeitabhängigkeit. Alle Systeme hängen implizit von der Zeit ab, da sich das System im Laufe der Zeit durch verschiedene Konfigurationen entwickelt.

Wenn die Teilchen eine gewisse Geschwindigkeit haben und es ein Potential gibt, das im Raum variiert, dann gibt es Beschleunigungen, wenn sich die Teilchen zwischen verschiedenen Potentialen bewegen. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit positionsabhängig und nicht zeitabhängig ist. Beschleunigungen können ohne explizite Zeitabhängigkeit im Potentialfeld und daher ohne explizite Zeitabhängigkeit im Lagrangian auftreten.

Solange keine explizite Zeitabhängigkeit besteht L T = 0