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Notación para secciones de haces vectoriales

(Reformulación de la parte 1 de El campo electromagnético como conexión en un paquete vectorial )

Estoy buscando una buena notación para secciones de haces vectoriales que sea invariante y referencias a las coordenadas del paquete. ¿Existe una notación estándar para esto?

Antecedentes:

En la mecánica cuántica, la función de onda $\psi(x,t)$ de un electrón se suele introducir como una función $\psi : M \to \mathbb{C}$ donde $M$ es el espacio-tiempo, normalmente $M=\mathbb{R}^3\times\mathbb{R}$ .

Sin embargo, al modelar el electrón en un campo electromagnético, es mejor pensar en $\psi(x,t)$ como una sección en un $U(1)$ -manejo de vectores $\pi : P \to M$ . En realidad, $\psi(x,t)$ sí mismo no es una sección, es sólo la imagen de una sección en una trivialización local particular $\pi^{-1}(U) \cong U\times\mathbb{C}$ del haz de vectores. En una trivialización local diferente (= un gauge diferente), la imagen será $e^{i\chi(x,t)}\psi(x,t)$ con un factor de fase diferente.

Por desgracia, me siento incómodo con esta anotación. En concreto, preferiría una notación invariante, como la del haz tangente. Para una sección $\vec v$ del haz tangente (= un campo vectorial), puedo escribir $\vec v = v^\mu \frac{\partial}{\partial x^\mu}$ . Esta expresión menciona el coordenadas $v^\mu$ en un sistema de coordenadas concreto, pero también es invariante porque también escribo el vector base $\frac{\partial}{\partial x^\mu}$ del sistema de coordenadas.

La gran ventaja de la notación vectorial es que se ocupa automáticamente de los cambios de coordenadas: $\frac{\partial}{\partial x^\mu} = \frac{\partial}{\partial y^\nu}\frac{\partial y^\nu}{\partial x^\mu}$ .

Mi pregunta:

¿Existe una notación para las secciones de los haces vectoriales que sea similar a la notación $\vec v = v^\mu \frac{\partial}{\partial x^\mu}$ para el haz tangente? ¿Qué aspecto tiene para nuestro ejemplo particular? $\psi$ ?

Si no, ¿cuáles son las anotaciones habituales/estándar para esto? ¿Cómo se registran las coordenadas del paquete?

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Philippe Gerber Puntos 181

Editar : Me he dado cuenta de que lo que he escrito no era realmente correcto, así que voy a cambiar un poco el texto. Marcaré las adiciones con cursiva para que el texto antiguo quede como referencia.


He dado una respuesta (parcial) a esto en la actualización de mi respuesta a su pregunta anterior así que permítame copiar y pegar esa respuesta (con algunas modificaciones):

La respuesta a la primera pregunta es no ¡pero por una razón diferente a la que expuse en el enlace anterior y en el texto de abajo! . No existe tal notación y para ver por qué, primero tenemos que entender de dónde viene la invariancia vectorial "sin coordenadas". La página web $v$ en tu pregunta es una sección de un haz tangente $TM$ y lo descomponemos con respecto a alguna sección del haz de marcos tangentes canónico $FM$ que también lleva una acción natural del grupo $GL_k({\mathbb{R}})$ (la acción es un cambio local de base y $k$ es el rango de $TM$ ). En otras palabras, tenemos un $GL_k({\mathbb{R}})$ -estructura aquí.

La situación es superficialmente similar con $\psi$ es una sección de un haz vectorial $\pi: V \to M$ que lleva un $U(1)$ -estructura. Llegados a este punto, también debería quedar claro cuál es la diferencia entre ambos casos: en el primero se tienen dos paquetes $TM$ y $FM$ mientras que en el segundo sólo hay $\pi: V \to M$ . Así que realmente no tiene sentido pedir $\psi$ para ser más invariable de lo que ya es: no tienes nada con respecto a lo que podrías descomponerlo. Así que en lugar de pensar en $\psi$ como un análogo de la sección de $TM$ En cambio, piense que es un análogo de una sección de $FM$ .

He cometido un error en el razonamiento anterior porque en el caso de la unidimensionalidad $U(1)$ los conceptos de $V$ y $F(V)$ (haz de marcos asociado) coinciden. Por tanto, en el segundo caso también se tienen dos haces. Pero la diferencia viene del hecho de que $TM$ es un haz vectorial muy especial: su estructura proviene de la variedad $M$ mientras que $V$ es una estructura extrínseca. Así que ciertamente no se puede obtener una descomposición con respecto a las derivadas de coordenadas en $M$ como es el caso de $TM$ .

En cuanto a la segunda pregunta: en las teorías gauge se suele fijar el gauge de antemano (piense en el gauge de Lorenz o de Coulomb) y se trabaja en él para siempre. Aquí no se consigue nada interesante trabajando de alguna manera "sin gauge" (o al menos yo no lo conozco). Así pues, estas cosas no son realmente un problema, al menos hasta el momento en que te encuentras con la QFT y empiezas a preguntarte cómo dar cuenta de toda esta enorme libertad gauge. Y ahí sí que es un gran problema que debe ser tratado y que puede se puede tratar de varias maneras (incluida la fijación del gálibo). Pero nada de esto es relevante para ti en este momento, supongo.

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Tom Puntos 5872

Lo siento, acabo de ver tu comentario en una pregunta anterior en la que decías que harías una pregunta aparte. Aquí está la respuesta. (Perdón por el solapamiento con la de Marek).

Al igual que para hablar de vectores en un espacio vectorial n-dimensional como n-tuplas de números, hay que elegir primero bases, para hablar de secciones de haces vectoriales de forma concreta, hay que elegir un "marco" $\{e_a\}$ (que es sólo una forma elegante de decir una familia de vectores/secciones base). Entonces la notación es exactamente como antes, una sección $s$ parece $s^a e_a$ (sumado sobre $a$ ).

En tu ejemplo de una función de onda para una partícula cargada, el haz de vectores es unidimensional (complejo), por lo que el único vector base $e$ suele eliminarse de la notación. Pero debería estar ahí, moralmente, como usted señala.

Una transformación gauge por $\chi$ equivale a cambiar su vector base $e$ multiplicándolo por $\exp(-i\chi)$ por lo que el vector (invariante) $\Psi = \psi e$ tiene coordenadas $\psi \exp(i\chi)$ en la nueva base. El campo gauge $A_\mu$ es una matriz de 1x1, y tiene que ser modificada añadiendo $\exp(i\chi)\partial_\mu \exp(-i\chi) = -i\partial_\mu \chi$ . De esta manera $D_\mu \Psi = \partial_\mu \psi + iqA_\mu \psi$ tiene un sentido invariable, donde $q$ es la carga (o representación, que dice cómo $A$ actúa sobre $\psi$ -- es decir, multiplicando con $q$ delante).

Espero que eso haya ayudado.

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