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Hace la acción y de Lagrange tienen las mismas simetrías y cantidades conservadas?

Desde el libro Introducción a la Mecánica Clásica Con los Problemas y las Soluciones por David Morin, página 236 de los estados:

El Teorema de Noether: Para cada simetría de la Lagrangiana, no es una cantidad conservada.

Mientras que la página de Wikipedia de los estados:

Noether (primera) teorema establece que cualquier diferenciable de simetría de la acción de un sistema físico tiene un correspondiente ley de conservación de la

Hace la acción y de Lagrange tienen las mismas simetrías y cantidades conservadas?

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OP, soy nuevo en stackexchange (pero de física veterano) así que no me permite un comentario en el post en sí, pero usted debe saber que el que eligió como la respuesta correcta sólo es válida para unidimensional de curvas, e incluso esto sólo es válido para una definición especial de simetría que permite el límite de términos (llamado "cuasi-simetrías," como QMechanic puntos). Estoy diciendo esto porque si vas a estudiar algo más general que, en planos bidimensionales, QFT, la teoría de cuerdas, por ejemplo, este resultado no va a aguantar y el de Lagrange simetrías no puede ser el mismo que el de la acción simetrías porque la medida (por ejemplo,$\int d^4x$) puede romper la simetría de $\mathcal L$.

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joshphysics Puntos 34367

Sí, siempre que uno usa el correcto nociones de simetría para la acción y el de lagrange.

El programa de instalación.

Suponemos que a lo largo de que la acción puede ser escrito como la integral de un local de Lagrange. Es decir, vamos a $\mathcal C$ ser el espacio de configuración del sistema, entonces para cualquier admisible camino de $q:[t_a, t_b]\to \mathcal C$, existe una función local $L$ de los recorridos que \begin{align} S[q] = \int_{t_a}^{t_b} dt \,L_q(t). \end{align} Deja un suave, $\epsilon$-deformación $q(t) \to \hat q(t, \epsilon)$ de las rutas de ser dado. Vamos a utilizar el $\delta$ la notación para el primer fin de los cambios en las cantidades menores de dicha deformación.

La simetría definida.

Decimos que esta deformación es una simetría de la acción $S$ siempre existe una función local de caminos $B_q$ tal que \begin{align} \delta S[q] = B_q(t_b) - B_q(t_a) \end{align} para todos los admisible rutas de $q:[t_a, t_b]\to \mathcal C$. En otras palabras, la acción sólo a los cambios de primer orden por un límite de plazo. Decimos que esta deformación es una simetría (o lo que Qmechanic llama a un quasisymmetry en su respuesta) de la Lagrangiana $L$ siempre existe una función local $\Lambda_q$ de los recorridos que \begin{align} \delta L_q(t) = \frac{d\Lambda_q}{dt}(t) \end{align} para todos los admisible rutas de $q:[t_a, t_b]\to \mathcal C$. En otras palabras, el lagrangiano sólo los cambios de primer orden, hasta un total de derivados.

La equivalencia de las nociones de simetría.

Usando estas definiciones, se puede demostrar que una determinada deformación es una simetría de $S$ si y sólo si es una simetría de $L$.

Observe que para cualquier deformación, y para cualquier admisible camino de $q:[t_a, t_b]\to \mathcal C$, uno tiene \begin{align} \delta S[q] = \int_{t_a}^{t_b} dt\,\delta L_q(t) \end{align} Supongamos ahora, que una determinada deformación es una simetría de $S$, y dejar un camino de $q:[t_a, t_b]\to\mathcal C$ ser dado. Para cada una de las $t\in [t_a, t_b]$ hemos \begin{align} \int_{t_a}^{t} dt'\,\delta L_{q}(t') = B_{q}(t) -B_{q}(t_a), \end{align} Dado que la deformación es una simetría de $S$. Tomando la derivada de ambos lados con respecto a $t$, y usando el teorema fundamental del cálculo en la izquierda, obtenemos \begin{align} \delta L_q(t) = \dot B_q(t) \end{align} para todos los $t\in[t_a, t_b]$. La identificación de $B$$\Lambda$, nos encontramos con que la deformación es una simetría de la lagrangiana.

Voy a dejar a la inversa.

6voto

Stefano Puntos 763

Primera parte de la terminología:

  1. En general, una transformación infinitesimal de una teoría de campo consiste en un llamado horizontal transformación infinitesimal $$ \delta x^i ~=~x^{\prime i}- x^i$$ de la base del colector, y por el llamado vertical transformación infinitesimal $$ \delta_0\phi^{\alpha}(x)~=~\phi^{\prime \alpha}(x)-\phi^{\alpha}(x) $$ de los campos. El pleno infinitesimal de la transformación de los campos de lee $$ \delta\phi^{\alpha}(x)~=~\phi^{\prime \alpha}(x^{\prime})-\phi^{\alpha}(x). $$

  2. Un quasisymmetry de acción local $S=\int_V d^dx ~{\cal L}$ significa que el cambio infinitesimal $\delta S$ es un término bajo el quasisymmetry transformación. Una simetría de una acción es el caso especial $\delta S=0$.

  3. Un quasisymmetry de un Lagrangiano (densidad) ${\cal L}$ significa que el cambio infinitesimal $\delta {\cal L}$ es una total divergencia bajo el quasisymmetry transformación, cf. este Phys.SE la respuesta. Una simetría de un Lagrangiano (densidad) es el caso especial $\delta {\cal L}=0$.

Vertical quasisymmetry de un local de acción corresponde a$^1$ vertical quasisymmetry de la Lagrangiana (densidad). (Sin embargo, una Jacobiana factor de la horizontal a la transformación podría complicar la correspondencia.)

Vertical de simetría de una acción no es necesariamente una vertical de simetría de la Lagrangiana (densidad), pero lo opuesto es.

Es más general que la fórmula del Teorema de Noether en términos de una acción en lugar de un Lagrangiano (densidad). Esto es también lo que Noether originalmente hizo en su 1918 papel.

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$^1$ Es sencillo deducir que una vertical quasisymmetry de la Lagrangiana (densidad) conduce a una vertical quasisymmetry de la acción. Si sabemos que una acción tiene un vertical quasisymmetry para cada integración de la región de $V$, también podemos deducir fácilmente de otra manera por la localización. Sin embargo, si sólo sabemos el que la acción tiene un vertical quasisymmetry para un fijo en la integración de la región de $V$, podría ser posible topológico obstrucciones en el campo de espacio de configuración que pueden invalidar que el Lagrangiano (densidad) tiene un vertical quasisymmetry. Técnicamente, el último se basa en una expresión algebraica de Poincaré lema de la denominada bi-variacional complejo, véase, por ejemplo, Ref. 2.

Referencias:

  1. G. Barnich, F. Brandt y M. Henneaux, Local BRST cohomology en teorías gauge, Phys. República 338 (2000) 439, arXiv:hep-th/0002245.

2voto

La respuesta técnica es $No$. Sorprendentemente creo que Wikipedia da la mejor definición, aunque creo que ambos autores están tratando de decir la misma cosa. Dejar que la acción se define como

$S[\varphi]=\int d^4x\ \mathcal L(\varphi(x),\partial_\mu\varphi(x))$

Un diferenciable de simetría es una simetría funcional de la que no cambia la acción

$S[\varphi']-S[\varphi]=0$.

Se trata de un diferencial de simetría porque cuando esta expresión se interpreta como una acción en la densidad de lagrange $\mathcal L$ lo hace una diferenciación. Asumiendo $\varphi'=\varphi+\delta\varphi$ donde $\delta\varphi$ es un cambio infinitesimal en la función de $\varphi(x)$ tenemos

$S[\varphi']-S[\varphi]=\int d^4x\ \left(\delta\varphi\frac{\partial}{\partial \varphi}\mathcal L+\partial_\mu\delta\varphi\frac{\partial}{\partial(\partial_\mu\varphi)}\mathcal L\right)=0$

Para obtener el teorema de Noether tenemos que integrar por partes, por lo que es necesario que la integral se incluye en la definición, y esta es la razón por la que es más exacto hablar de la simetría en los términos de la acción. Aquí está un ejemplo de una acción que no tiene la misma simetría de la Lagrangiana, dependiendo únicamente de las condiciones de contorno de la integral:

$S_1=\int_0^\infty dr\int_0^{2\pi}rd\theta\ \mathcal L(\varphi,\partial_\mu\varphi)$

es esféricamente simétrico, por lo que se conserva el momento angular por el teorema de Noether, mientras que

$S_2=\int_0^1dx\int_0^1dy\ \mathcal L(\varphi,\partial_\mu\varphi)$

no. La integral se rompe la simetría esférica de que el lagrangiano de lo contrario, podría conservar.

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