Sind die Maxwell-Gleichungen eindeutig?

Die Einstein-Gleichung kann aus der Idee abgeleitet werden, dass Energie die Krümmung der Raumzeit verursacht. Daher haben wir auf der rechten Seite unserer Gleichung den Energie-Impuls-Tensor T μ v und brauchen auf der linken Seite etwas, das die Krümmung beschreibt. Das einzigartige Objekt, das wir auf der linken Seite schreiben können, ist der Einstein-Tensor G μ v da es die Divergenz Null hat und zwei Indizes trägt:

G μ v = 8 π G T μ v

Analog können wir argumentieren, dass wir die inhomogenen Maxwell-Gleichungen aus der Idee ableiten können, dass elektrische Ladung elektromagnetische Felder verursacht. Daher haben wir auf der rechten Seite den elektrischen Strom J μ und brauchen auf der linken Seite etwas, das das elektromagnetische Feld beschreibt. Ein divergenzfreies Objekt mit einem Index, den wir auf die LHS schreiben können, ist v F μ v :

v F μ v = μ 0 J μ
Ist diese Wahl in gewissem Sinne einzigartig, analog zu dem, was wir für die Einstein-Gleichung getan haben, oder sind zusätzliche Terme möglich?

Würden Sie magnetische Monopole zulassen? Bruch der Lorentz-Symmetrie?
@Qmechanic Ich würde so nein, obwohl es natürlich interessant ist zu sehen, wie Maxwell-Gleichungen in diesen Fällen modifiziert werden. (Auch zB wenn elektrische Ladung nicht erhalten bleiben würde.)
Ich würde Einwände dagegen erheben, dass Einstein-Gleichungen eindeutig sind. Zunächst einmal kann man wie in der Brans-Dicke-Theorie ( en.wikipedia.org/wiki/Brans%E2%80%93Dicke_theory ) zusätzliche skalare Felder hinzufügen. Dann kann man weitere Polynome des Einstein-Tensors betrachten. Darüber hinaus könnte man Theorien mit Torsion ungleich Null usw. in Betracht ziehen.
Die solltest du wohl fallen lassen Q in deiner zweiten Gleichung.

Antworten (1)

Der Ursprung der Maxwellschen Gleichungen ist auf makroskopischer Ebene vollkommen phänomenologisch. Rein feldmäßig kodieren sie, wie Einstein 1905 zeigte, die spezielle Relativitätstheorie als zugrunde liegende Symmetrie und sind darüber hinaus lineare partielle Differentialgleichungen erster Ordnung in den Feldern. Kommen wir zum Lorentz-kovarianten Minkowski-Raumzeitansatz, dessen Lagrange-Implementierung zwangsläufig die 4-Potentiale als äquivalente Beschreibung der Theorie ins Bild bringt, ist der einzig zulässige (dh zweiter Ordnung in den Ableitungen der Potentiale) kinetische Term in der Lagrange-Dichte (bis zu einem bequem gewählten Zahlenfaktor) F μ v F μ v . Kodierung von Feldquellen (stationäre elektrische Ladungen und bewegte elektrische Ladungen/Ströme) in einem tensorischen Objekt wie z J μ und unter der Annahme einer minimalen Kopplung (hier kann man beweisen, dass eine minimale Kopplung mit konserviertem Strompotential ein Muss ist), findet man Folgendes:

μ F μ v = κ J v

ist das Äquivalent von Einsteins Gleichungen von GR, zusammen mit [ μ F v σ ] = 0 was durch die Antisymmetrie des Faraday-Tensors erforderlich ist, wiederum eine Folge der Erhaltung des 4-Stroms.

Ein weiterer Punkt. Wir können versuchen, uns zu verformen μ F μ v = κ J v sagen wir mal μ F μ v + A v μ A μ = κ J v , aber um den Preis, dass sowohl die aktuelle Erhaltung als auch die Verbindung zu den phänomenologischen Gleichungen in Bezug auf verloren werden E , B .

Danke! Haben Sie eine Referenz oder weitere Informationen darüber, wie "man nachweisen kann, dass eine minimale Kopplung von erhaltenem Strompotential ein Muss ist"?
In einem viel allgemeineren Kontext (Feldtheorie nur in flacher D-dim Raumzeit) wird es hier bewiesen: doi.org/10.1002/1521-3889(200111)10:11/…