Was ist falsch an meinem Argument, den Hamilton-Operator in der Relativitätstheorie abzuleiten?

In der Allgemeinen Relativitätstheorie (und auch speziell) die Lagrange-Funktion für ein Massenteilchen M in Abwesenheit von anderen Kräften als der Schwerkraft ist

L = M G μ v U μ U v

Wo U μ ist die Vierergeschwindigkeit. In diesem Fall können wir das Momentum ableiten P μ von

P μ = L U μ = U μ M G a β U a U β

P μ = M G a β 2 G a β U a U β ( δ μ a U β + δ μ β U a ) = M G μ a U a G a β U a U β

Wenn wir die Weltlinie durch Eigenzeit parametrisieren τ Dann L ( γ ( τ ) , γ ' ( τ ) ) = M und wir erhalten die Quadratwurzel aus dem Nenner, der gerade ist 1 . Dann

P μ = M G μ a U a ,

und dies sind die Komponenten eines Covektors. Dies führt direkt zum Impuls-Vier-Vektor

P μ = M U μ .

Hier funktioniert alles. Jetzt möchte ich die Energie berechnen. Nun, der Hamiltonian sollte wie immer sein

H = P μ U μ M G μ v U μ U v = M G μ v U μ U v M G μ v U μ U v .

Aber wenn die Dinge durch Eigenzeit parametrisiert werden, wenn wir rechnen H auf dem Weg, das ist H ( γ ( τ ) , γ ' ( τ ) ) wir bekommen null!

Was ich erwartet hatte, war zu bekommen H = P 0 .

Was mache ich hier falsch? Warum bekomme ich null?

Vielleicht bin ich zu dick, aber wie können Sie hoffen, nur eine Komponente eines 4-Vektors zu erhalten, wenn alle Ihre Manipulationen Mengen mit allen kontrahierten Indizes beinhalten? Auf der linken Seite Ihrer letzten Gleichung haben Sie H als Skalar, und dies folgt aus der Manipulation von Skalaren die ganze Zeit, aber zwei Zeilen später, wo Sie behaupten H sollte die Komponente eines 4-Vektors sein, also muss eine der Definitionen falsch sein.
Punkt genommen, ich kann es nicht herausfinden H = P 0 seit H wird als Skalar transformieren und P 0 als Komponente eines Vierervektors. Das ist vernünftig. Allerdings mache ich das alles, um zu rechtfertigen, dass die 0 -te Komponente von 4 -Impuls ist Energie. Ich glaube also, ich könnte dies durch Berechnen des Hamilton-Operators erhalten, der die Energie sein sollte. Insofern relativ H ist nicht die Energie oder P 0 ist nicht immer die Energie? Was fehlt mir hier?
Der H Sie berechnen als Skalar kann nicht die Energie sein, da die Energie eine Komponente des Impuls-4-Vektors ist.

Antworten (1)

  1. Das Problem ist, dass die Legendre-Transformation von 4-Geschwindigkeit zu 4-Impuls singulär ist: Die 4 Komponenten des 4-Impulses P μ sind gezwungen, auf der Massenhülle zu leben

    (A) P μ G μ v P v   =   ± M 2 .
    Hier das ± bezieht sich auf die Wahl der Minkowski-Zeichenkonvention ( ± , , , ) . Es handelt sich also um ein eingeschränktes System. Der 4-Impuls hat nur 3 unabhängige Komponenten.

  2. Wie man die singuläre Legendre-Transformation für ein relativistisches Punktteilchen durchführt, wird zB in diesem Phys.SE-Beitrag erklärt.

  3. Es stellt sich heraus, dass das Erscheinen der Beschränkung (A) und der verschwindenden Energie/Hamilton-Funktion die Worldline-Reparametrisierungsinvarianz des Modells widerspiegeln. Siehe auch zB diesen Phys.SE Beitrag.