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Ecuaciones de Maxwell a partir de formas diferenciales

Encontré lo siguiente en unos apuntes de una conferencia que tomé hace tiempo:

$$ \mathbf{E}=-\text{grad}\Phi-\partial_t\mathbf{A}\\ \mathbf{B}=\mathrm{rot}\mathbf{A} $$

Son los campos electromagnéticos expresados en la forma potencial $A^{\mu}=(\Phi,\mathbf{A})$ .

Ahora me gustaría derivar las ecuaciones de Maxwell utilizando formas diferenciales. El potencial es un $1$ -la forma, el tensor de campo electromagnético $F_{\mu\nu}:=(dA)_{\mu\nu}=\partial_\mu A_\nu-\partial_\nu A_\mu$ es un $2$ -forma. Porque $d^2=0$ , $df=0$ por lo que las ecuaciones homogéneas de Maxwell se satisfacen automáticamente. Las no homogéneas son

$$ \partial_\nu F^{\nu\mu}=j^\mu $$

Distinguir entre $\mu=0$ y $\mu=i$ Esto se traduce en

$$ \begin{align} \rho = j^0 &= \partial_\nu(\partial^\nu A^0-\partial^0 A^\nu)\\ &= \partial_j\partial^j A^0- \partial_0\partial^j A^j\\ & \\ j^i &= \partial_\nu(\partial^\nu A^i-\partial^i A^\nu)\\ &= \partial_0\partial^0 A^i- \partial_0\partial^i A^0 + \partial_j\partial^j A^i- \partial_j\partial^i A^j\\ &= \partial_0(\partial^0 A^i-\partial^i A^0) + \partial_j\partial^j A^i- \partial^i\partial_j A^j \\ \end{align} $$

por lo que tenemos

$$ \begin{align} \rho &=\nabla(\color{red}{+}\nabla\Phi-\partial_t\mathbf{A}) \\ \mathbf{j} &=\partial_t(\partial^t\mathbf{A}-\nabla\Phi) + (\nabla^2)\mathbf{A}-\nabla(\nabla\cdot\mathbf{A})\\ &=\partial_t(\color{red}{-}\nabla\Phi+\partial^t\mathbf{A}) \color{red}{-}\nabla\times(\nabla\times\mathbf{A}) \end{align} $$

Pero las ecuaciones de Maxwell no homogéneas son

$$ \begin{align} \rho =\nabla\mathbf{E} &= \nabla(\color{red}{-}\nabla\Phi-\partial_t\mathbf{A}) \\ \mathbf{j} =-\partial_t\mathbf{E}+\mathrm{rot}\mathbf{B} & =\partial_t(\color{red}{+}\nabla\Phi+\partial^t\mathbf{A}) \color{red}{+} \nabla\times(\nabla\times\mathbf{A}) \end{align} $$

Así que me equivoqué en algunos signos, pero no veo por qué. Pensé que tal vez obtuve algunos signos erróneos debido a la mezcla de algunos índices superiores e inferiores (debido a la métrica de Minkowski), pero como los signos erróneos son en su mayoría con el $\Phi$ Dudo que esa sea la razón.

¿Alguna pista?

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Stefano Puntos 763

Sugerencia: la convención de signos de OP en las ecuaciones de Maxwell $$\partial_{\nu} F^{\nu\mu}~=~+ j^\mu$$ implica que la convención de signos para la métrica de Minkowski es $(+,-,-,-)$ , cf. por ejemplo este Puesto de Phys.SE. Esto implica que $\partial^i=-\partial_i$ para los índices espaciales, que parece estar ausente en los mensajes de OP (v3).

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Thomas T Puntos 11

¿Son estas cosas campos en un colector? Si es así, el documento puede estar siguiendo la convención común en la geometría diferencial de que "campo vectorial" en un colector significa a operador lineal que lleva campos escalares a campos escalares y satisface ciertas condiciones . Moralmente se puede pensar en ello como

$$ \mathbf V g \equiv \mathbf V \cdot (\nabla g) $$

lo que significa que $\mathbf V g$ es un campo escalar y $f \mathbf V g = f(\mathbf Vg) = (f\mathbf V)g$ es un campo escalar diferente (hecho por multiplicación puntual de $f$ con $\mathbf V g$ .

Por otro lado, si ese es el significado, entonces el punto después del explícito $\nabla$ en tu expresión es un poco misteriosa, y el resultado de toda la expresión debería ser un (co)vector en lugar de un escalar. Así que tendrás que decidir por ti mismo a partir del contexto si esta sugerencia tiene algún sentido.

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