Maxwellsche Gleichungen invariant unter allen linearen Transformationen?

Maxwells Gleichungen in Tensornotation lauten:

μ F μ v = J v [ λ F μ v ] = 0

Erwägen Sie eine allgemeine Koordinatentransformation X μ X μ ' auf der ersten Gleichung. (NB: Alles Folgende gilt auch für die zweite Gleichung.) Wenn wir die Gleichung in Koordinaten mit Strichzeichen schreiben und dann in Koordinaten ohne Strichzeichen erweitern, stellen wir fest, dass sich die Gleichung transformiert zu:

X λ X μ ' 2 X μ ' X λ X μ X v ' X v F μ v + X λ X μ ' X μ ' X μ 2 X v ' X λ X v F μ v + X λ X μ ' X μ ' X μ X v ' X v X λ F μ v = X v ' X v J v

Eine ausreichende Bedingung dafür, dass die Gleichung unter dieser Transformation unveränderlich ist, ist, dass die ersten beiden Terme auf der linken Seite verschwinden, und eine ausreichende Bedingung dafür ist, dass:

2 X μ ' X λ X μ = 0

Wenn wir diese Gleichung integrieren, stellen wir fest, dass diese Maxwell-Gleichung unter einer linearen Koordinatentransformation unveränderlich ist :

X μ ' = M     μ μ ' X μ + A μ '

Hier, M     μ μ ' ist eine konstante Matrix und A μ ' ist ein konstanter Vektor.

Formal gilt dies für alle linearen Transformationen, nicht nur für Lorentz-Transformationen. Natürlich kann man sich auf die Existenz eines Minkowski-Metrikfeldes beschränkend berufen M     μ μ ' eine Lorentz-Matrix sein. Dies ändert jedoch nichts daran, dass diese Gleichung unter allen linearen Transformationen formal invariant zu sein scheint. Und ich dachte nicht, dass es wahr sein sollte, dass Maxwells Gleichungen unter allen linearen Transformationen unveränderlich sind!

Also: kann mich hier jemand einordnen? Sind die beiden obigen Gleichungen tatsächlich unter allen linearen Transformationen invariant, oder habe ich hier einen Fehler gemacht?

Antworten (2)

Es gibt eine zusätzliche Bedingung, die vom dritten Term auf der linken Seite Ihrer transformierten Gleichung kommt, wo Sie scheinbar die Kettenregel verwendet haben

X λ X μ ' X μ ' X μ = δ μ λ
In Wirklichkeit jedoch führt die nichttriviale Positionierung der kovarianten und kontravarianten Vektorkomponenten dazu, dass diese Gleichung mehr als nur die Kettenregel enthält, und im Gegenteil, was sie einschränkt M v μ eine Lorentztransformation sein.

Ohne Absenken und Anheben erhalten wir die bekannte Tatsache, dass die jakobische Matrix orthogonal ist. Unter Berücksichtigung der Indexpositionierung ergibt sich daraus die Bedingung

M T η M = 1
Andernfalls sind alle Skalarprodukte in der allgemeinen Relativitätstheorie bei einer allgemeinen linearen Koordinatentransformation und nicht bei einer Lorentz-Transformation invariant, wenn Sie eine globale Transformation benötigen.

  1. Ersetzen wir zunächst den Metriktensor von Minkowski

    η   =   η μ v   D X μ D X v
    mit einem allgemeineren konstanten metrischen Tensor
    G   =   G μ v   D X μ D X v .

  2. Beachten Sie, dass der erhöhte EM-Tensor

    F μ v   :=   G μ λ F λ κ G κ v
    hängt von der (inversen) Metrik ab. Die Maxwell-Gleichungen sind kovariant unter starr G L ( 4 ) Transformationen, wenn wir daran denken, die (inverse) Metrik zu transformieren G μ v entsprechend.

  3. Andererseits, wenn die metrischen Komponenten G μ v sollen immer gleich der Minkowski-Metrik sein η μ v = D ich A G ( ± 1 , 1 , 1 , 1 ) , dann die starren Transformationen

    Λ μ v = X ' μ X v
    müssen Lorentz-Matrizen sein.

  4. Lassen Sie uns schließlich erwähnen, dass es möglich ist, Maxwell-Gleichungen in einer allgemeinen gekrümmten Raumzeit zu schreiben , sodass sie allgemein kovariant sind.

Ich habe die Notation noch nie gesehen . Warum nicht - die Metrik doch ein Tensor ist?
@ACuriousMind: Die Notation (oder ) bezeichnet die symmetrisierte Tensorprodukt auf die gleiche Weise bezeichnet das Antisymmetrisierte Tensorprodukt.