Spielt ein konstanter Faktor bei der Definition des Noetherstroms eine Rolle?

Dies ist eine sehr grundlegende Frage der Lagrange-Feldtheorie, es geht um eine Definitionskonvention. Es dauert viel länger, es zu setzen, als zu antworten, aber hier ist es:

Betrachten Sie einen Feld-Lagrangian mit nur einem kinetischen Term,

L = 1 2 μ ϕ μ ϕ

Betrachten Sie die sehr einfache Transformation ϕ ϕ + a ( a konstant), und so verstehe ich hier das a spielt die Rolle von δ ϕ . Ich bestimme den Noetherstrom als

L [ μ ϕ ] δ ϕ

und das Ergebnis ist

a μ ϕ

Aber in Peskin & Schroeder (knapp über Gl. 2.14) geben sie folgendes Ergebnis:

μ ϕ

Und es scheint kein Erratum zu sein. Ich interessiere mich nicht sehr für diesen "lokalisierten" Lagrange (hey, warten Sie bitte, bevor Sie schließen), aber es stellt sich eine sehr allgemeine Frage:

Ist a fiel einfach, weil μ ϕ ist auch eine Erhaltungsgröße (und so versteht man unter "Erhaltungsstrom" das allgemeine Konzept, Impuls, Energie oder was auch immer, unabhängig von seinem Wert), oder übersehe ich ein anderes sehr grundlegendes Detail, von dem angenommen wird, dass es dem Leser bekannt ist?


Spätere Bearbeitung: Ich habe diese Frage und mehr schließlich verstanden, indem ich den Anfang von Kapitel 22 von Srednicki gelesen habe . Ich finde dieses Buch (na ja, den kostenlosen Vorabdruck für den Moment) kristallklar, es scheint ausgezeichnet zu sein.

Antworten (2)

I) Lassen Sie uns der Einfachheit halber die Frage von OP im Zusammenhang mit der Punktmechanik wo ansprechen Q ich sind verallgemeinerte Positionskoordinaten auf einer Mannigfaltigkeit M [anstatt die Feldtheorie mit Feldern zu betrachten ϕ a ( X ) ]. Die Frage von OP wurzelt im Unterschied zwischen

  1. einerseits eine infinitesimale Variation

    (1) Q ich   Q ~ ich   =   Q ich + δ Q ich
    der verallgemeinerten Positionskoordinaten oder äquivalent
    (2) δ Q   :=   Q ~ ich Q ich ;

  2. und andererseits die eines Generators/Lie-Algebra-Elements/Vektorfelds

    (3) Y   =   Y ich Q ich , Y ich   =   Y ich ( Q ) ,
    was nicht infinitesimal ist (obwohl Y wird in der Literatur manchmal verwirrenderweise als „Infinitesimal-Generator“ bezeichnet).

Beide Konzepte δ Und Y sind lineare Ableitungen , die die Leibniz-Regel erfüllen , und die Wechselbeziehung zwischen den beiden ist gegeben durch

(4) δ Q ich   =   ϵ Y ich ,

Wo ϵ in Gl. (4) ist ein infinitesimaler Parameter. Das mathematische Konzept eines Vektorfeldes Y ist bijektiv an den Begriff einer Strömung gebunden 1

(5) σ :   ] C , C [   ×   M     M , ] C , C [     R ,

Wo

(6) D D ϵ σ ich ( ϵ , Q )   =   Y ich ( σ ( ϵ , Q ) ) , σ ich ( ϵ = 0 , Q )   =   Q ich .
Ein Strom σ erfüllt
(7) σ ich ( ϵ , σ ( ϵ ' , Q ) )   =   σ ich ( ϵ + ϵ ' , Q ) .
Beachten Sie, dass in Gl. (7), es versteht sich von selbst ϵ Und ϵ ' sind reelle Zahlen im Intervall ] C 2 , C 2 [ R , und nicht unendlich klein.

II) Die (nackte) Noether-Ladung

(8) Q   =   P ich Y ich

ist (in diesem Fall) Impuls

(9) P ich   :=   L Q ˙ ich

Zeiten Generator Y ich . Insbesondere die Definition (5) der Noether-Ladung Q hängt nicht davon ab ϵ Parameter.

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1 Wir ignorieren die Möglichkeit, dass die Domain ] C , C [ kann von der Ausgangslage abhängen Q M .

Wow! Danke! Ich muss morgen entscheiden, ob ich stattdessen hier die Markierung "beantwortet" setze, wenn ich etwas Zeit zum Nachdenken habe (in Spanien ist es jetzt zu spät, ich wollte schlafen gehen). Aber vielen Dank (+1) für den Moment.
Autsch! Mir ist jetzt klar, wie dumm die Frage ist ... Ich habe etwas sehr Ähnliches (vielleicht einen Sonderfall?) In der elementaren Lagrange-Mechanik untersucht: Das Fehlen einer verallgemeinerten Koordinate in der Lagrange-Mechanik führt zu einem Erhaltungsgesetz für diese Koordinate, was gesagt wurde sei "ignorierbar" (zumindest auf spanisch...). Ich schätze, dieses Noether-Ding ist eher eine allgemeinere Aussage ...
Und abgesehen von der mathematischen Definition ist es auch ziemlich intuitiv, dass es nicht viel Sinn macht, "das Zehnfache des Impulses" zu betrachten. Der Schwung bleibt erhalten. Beliebig. X(
Damit es nicht zu Verwirrung kommt, ist die Notation von Qmechanic etwas anders und er enthält einige (wichtige und sehr geschätzte) mathematische Details, aber seine Antwort enthält im Wesentlichen denselben Inhalt. Ob δ Q wird verwendet, um zu bezeichnen Q ϵ Q 0 oder ϵ Q ϵ | ϵ = 0 ist Geschmackssache. Der Punkt, dass die Noether-Ladung nicht vom infinitesimalen Parameter abhängt, war in unserer ursprünglichen Diskussion vorhanden.
@Qmechanic, danke für die Antwort und die vielen Referenzen.

Bis zu einem gewissen Grad ist die Mehrdeutigkeit nur eine Frage der Notation. Einige Leute würden eine generische Ein-Parameter-Transformation schreiben als

ϕ ( X ) ϕ ( X ) + a δ ϕ ( X ) + Ö ( a 2 )
so dass δ ϕ ( X ) ist der Koeffizient des kleinen Parameters a wie bei Ausdrücken im gewöhnlichen Kalkül wie
F ( X + a ) = F ( X ) + a F ' ( X ) + Ö ( a 2 )
Mit dieser Notation wird die Transformation
ϕ ( X ) ϕ ( X ) + a
hätte δ ϕ ( X ) = 1 , und in diesem Fall würden Sie das Peskin-Ergebnis wiederherstellen. Die Änderung der Notation ist wirklich nur Geschmackssache, wenn Sie mit Ein-Parameter-Familien von Transformationen arbeiten. Wie Sie betonen, für jede reelle Zahl a , beide a μ ϕ Und μ ϕ erhalten sind und ihre Erhaltungsgleichungen gleich sind.

Nachtrag. Wenn es darauf ankommt, ist in einem physikalischen Kontext alles, was wirklich zählt, die Äquivalenzklasse, die allen Ausdrücken für eine Erhaltungsgröße entspricht, die sich durch einen konstanten Multiplikationsfaktor ungleich Null unterscheiden (da ihre entsprechenden Erhaltungsgleichungen gleich sind), so das Problem hier ist wirklich nur eine Frage der Semantik.

Beifall!

Verzeihen Sie mir, wenn ich auf etwas ziemlich Offensichtlichem bestehe (ich bin neu auf dem Gebiet), aber dann zum Beispiel für einen freien Teilchen-Lagrange 1 2 M v 2 der erhaltene Strom, der mit verbunden ist X X + C Ist M v aber NICHT, sagen wir, zehnmal so viel, 10 M v was, obwohl es auch eine konservierte Größe ist, nicht in die Definition des konservierten Stroms eingeht, der mit dieser Lagrange-Funktion verbunden ist? (Es geht um die Definition des Stroms, obwohl beide Größen offensichtlich erhalten sind, möchte ich nur wissen, was genau unter den Worten "erhaltener Strom" verstanden wird.)
Wenn Sie die Variation so definieren , wie ich es in der ersten Gleichung getan habe, und wenn Sie die Erhaltungsgröße über den Ausdruck in Ihrer zweiten Gleichung definieren , dann gibt es keine Mehrdeutigkeit und Sie erhalten das Standardergebnis. In diesem Fall der klassischen Mechanik würde dies dem Definieren entsprechen X X + a = X + a δ X in diesem Fall würde die konservierte Menge werden ( L / X ˙ ) δ X = M X ˙ 1 = M v wie gewünscht. Oder zum Beispiel mit Drehimpulserhaltung in 3D, würden Sie schreiben X X + a N × X so dass
(Fortsetzung) δ X = N × X was die Standardnormierung für den Drehimpuls als erhaltenen Strom ergeben würde, wo N ist ein Einheitsvektor entlang der Rotationsachse.
Aber wenn ich die Variation und die Erhaltungsgröße so definiere, wie Sie sagen, bekomme ich das Ergebnis, es ist in Ordnung, und ich kann definieren, was ich will. Die Sache ist, wie andere Dinge verstehen und definieren. Explizit: Wenn ich Ihnen sage "der erhaltene Strom, der mit einer Raumtranslation für die Lagrange-Funktion eines freien Teilchens verbunden ist, ist das Zehnfache seines linearen Impulses", würden Sie sagen: "Nein, der erhaltene Strom ist der lineare Impuls und nicht das Zehnfache davon, obwohl die letztere Menge auch konserviert ist, aber es ist nicht das, was unter dem Namen konservierter Strom verstanden wird, der mit Yak Yak Yak verbunden ist ...?Das ist mein Punkt
Ich verstehe nicht, was Sie sagen wollen. Die Notationskonvention, die ich hier vertreten habe, ist nicht ungewöhnlich, andere Leute verwenden sie auch, das versichere ich Ihnen, und es ist ein konsistenter Weg, um jede gewünschte konservierte Größe zu generieren. Fragen Sie, wie die andere Notationskonvention zu demselben Ausdruck für den konservierten Strom führen würde (der ohne einen zusätzlichen Multiplikationsfaktor)?
Das Problem könnte in meinem (wahrscheinlich schlechten) Englisch liegen. Ich werde versuchen, es an einem Beispiel zu erklären: Ich könnte Sie fragen: "Wie viel Geld in Dollar haben Sie jetzt in Ihrer Tasche?" und die Antwort wäre einzigartig, unabhängig davon, wie Sie sie berechnen oder definieren, und ich bin sicher, Sie könnten kein Auto kaufen, indem Sie den Verkäufer davon überzeugen, dass Ihre zehn Dollar eine andere Menge sind, wenn Sie eine andere Konvention verwenden ... Jetzt ist die Frage : Verstehen Sie auch unter "konservierter Strom, der mit einer räumlichen Verschiebung für die Lagrange-Funktion eines freien Teilchens verbunden ist" eine beliebige Zahl mal dem linearen Impuls, oder die Antwort lautet
(...oder die Antwort ist:) -Nein, wir Physiker verstehen unter der Definition des Erhaltungsstroms für diesen Fall nur linearen Impuls, obwohl die Größe "zehnfacher linearer Impuls" unter derselben Übersetzung auch erhalten bleibt hat "einmal den linearen Impuls" als erhaltenen Strom, per Definition von erhaltenem Strom.
Mit anderen Worten, jemand sagt Ihnen: Jetzt liegt eine Bombe unter Ihren Füßen. Sie deaktivieren es, indem Sie in diesen Bildschirm schreiben "der konservierte Strom, der einem freien Partikel-Lagrange unter einer Raumtranslation zugeordnet ist". Würden Sie es wagen, glücklich zu schreiben 10 M v oder würdest du nur vorsichtig schreiben 1 M v weil nur dieses Ding unter diese Definition passt, obwohl es zehnmal auch eine konservierte Größe ist (zusammen mit anderen Dingen, die im Leben konserviert werden, aber wen interessiert es, Sie werden nach dem konservierten Strom gefragt) ?
Ich würde gerne schreiben 10 M v denn im Grunde kommt es physikalisch nur auf die Äquivalenzklasse der Erhaltungsgrößen an, die aus allen Ausdrücken besteht, die sich um einen konstanten Faktor unterscheiden. Alles andere ist nur eine semantische Frage.
Ok, dann verstehe ich, dass unter Erhaltungsstrom die gesamte Äquivalenzklasse verstanden wird. Danke für deine Geduld - und vergib mir, dass ich dir eine Bombe unter die Füße gelegt habe :)
(Außerdem werde ich meine Antwort auf den anderen Beitrag über GR umschreiben, wenn ich etwas Zeit habe. Ich habe mir das Einstein-Buch angesehen, aus dem ich zuerst etwas über GR gelernt habe - die deutsche Version der Princeton-Vorlesungen von 1921, und jetzt bin ich mir fast sicher, dass ich recht habe, aber das ist eine andere Frage ... Nochmals vielen Dank für Ihre Antwort und Kommentare hier)
Cool! Kein Problem; Beifall!
Lieber Joshua, es tut mir leid, dass ich mich schließlich für Qmechanic entschieden habe; Ich war verführt von den mathematischen Details und Referenzen in seinem Text. Ihre Antwort ist klar und prägnant, aber ich musste mich für eine entscheiden, und Qmechanic hat viele Referenzen gegeben, von denen ich lernen und über die ich nachdenken kann. Wie auch immer, danke nochmal.