In den ersten 20 Minuten dieses Videos leitet Susskind die Kontinuitätsgleichung zur Ladungserhaltung her:
(Wo ist die Stromdichte oder, wie Susskind es nennt, einfach der Strom.)
(Und indiziert die Raumkomponenten x,y,z)
Und zeigt dann, dass diese Kontinuitätsgleichung kompakter als Divergenz eines aktuellen Vierervektors geschrieben werden kann:
(Wo indiziert die Zeitkomponente. Für den Rest dieses Beitrags zeigt ein geschweifter Buchstabe einen Vierervektor an, während ein nicht geschweifter Buchstabe mit einem Pfeil darüber einen gewöhnlichen Vektor mit drei Leerzeichen anzeigt.)
Das heißt, er demonstriert das kann als Zeitkomponente der Divergenz des Stroms betrachtet werden.
Meine Hauptfrage ist: Wenn eine Zeitkomponente ist (dh nach der Zeit differenziert), hat das Gaußsche Gesetz dann nicht auch einen kompakteren Ausdruck als die Divergenz eines Energie-Vier-Vektors? Hier ist die Begründung:
Wenn die Kontinuitätsgleichung abgeleitet wird, indem man die Divergenz des Ampere-Gesetzes nimmt, sehen wir das . Gut, wenn eine Zeitkomponente ist, dann muss dies das bedeuten . Daraus folgt, dass das Gaußsche Gesetz als Divergenz des Energie-Vier-Vektors geschrieben werden kann:
Und als logische Folge folgt daraus, dass die Divergenz des aktuellen Vierervektors gleich dem Laplace-Operator des Energie-Vierervektors ist?
Begründung: Wenn eine Zeitkomponente ist, dann ergibt die Divergenz des Gaußschen Gesetzes:
...was seit , kann auch geschrieben werden
Aber durch Susskinds kompakten Ausdruck der Kontinuitätsgleichung wissen wir das . Daher können die beiden gleichgesetzt werden: .
Und schließlich, wenn diese Folgerung wahr ist, folgt daraus nicht auch, dass das Amperesche Gesetz einen kompakteren Ausdruck hat als:
Begründung: Durch Integrieren beider Seiten des Korollars erhält man:
Aber die RHS davon kann auch geschrieben werden:
...was seit , ist auch:
Aber die RHS davon ist nur das Amperesche Gesetz ( ). Daher hat das Amperesche Gesetz den folgenden kompakten Ausdruck in Bezug auf die Divergenz des Energie-Vier-Vektors:
Daraus folgt (glaube ich) automatisch eine wünschenswerte Eigenschaft - dass das Magnetfeld nicht rotierend ist ( ) - da der kompakte Ausdruck für das Gauß'sche Gesetz ist .
Die kovariante Formulierung von EM ist genau dies. Das tut auch die Formulierung als Eichtheorie. ( im Folgenden)
Angesichts der - Und -Felder als räumliche Dreiervektoren in einem bestimmten Rahmen konstruieren wir den antisymmetrischen Feldstärketensor als (römische Indizes sind räumliche Indizes, Summierung über wiederholte Indizes impliziert)
Anhand des Verhaltens der Felder unter Lorentz-Transformationen kann man das tatsächlich sehen ist ein echter Tensor auf dem Minkowski-Raum. Ebenso konstruieren wir aus dem klassischen Strom einen Viererstrom und die Ladungsdichte von
Die Gesetze von Maxwell lesen sich jetzt einfach
Dies ist noch nicht die abstrakteste Art, dies darzustellen. Mit der Sprache der Differentialformen haben wir Formen Und . Die Maxwellschen Gesetze sehen nun in ihrer prägnantesten Form so aus:
wobei der Stern das Hodge-Dual ist . Ein Vorteil dieser Sprache ist, dass man daraus schließen kann, dass es eine 1-Form gibt mit auf jeder kontrahierbaren Teilmenge unseres Raums. Genauer gesagt existiert sie, wenn die zweite deRham-Kohomologie verschwindet.
Die eichtheoretische Beschreibung der Elektrodynamik geht davon aus, diese zusammenzukleben die immer lokal vorhanden sind, um ein global definiertes Eichpotential zu erhalten .
Muphrid