Релятивистская динамика - Relativistic dynamics

Для классической динамики на релятивистских скоростях см. релятивистская механика.

Релятивистская динамика относится к комбинации релятивистский и квант концепции для описания взаимосвязи между движением и свойствами релятивистской системы и силами, действующими на систему. Что отличает релятивистскую динамику от других физических теорий, так это использование инвариантный скаляр параметр эволюции для отслеживания исторической эволюции пространство-время События. В масштабно-инвариантной теории сила взаимодействия частиц не зависит от энергии участвующих частиц.[1]Эксперименты двадцатого века показали, что физическое описание микроскопический и субмикроскопический объекты, движущиеся на или рядом с скорость света подняли вопросы о таких фундаментальных понятиях, как пространство, время, масса и энергия. Теоретическое описание физических явлений потребовало интеграции понятий из теории относительности и квантовая теория.

Владимир Фок [2] был первым, кто предложил теорию параметров эволюции для описания релятивистских квантовых явлений, но теория параметров эволюции была введена Эрнст Штюкельберг [3][4] более тесно связан с недавними работами.[5][6] Теории параметров эволюции использовались Фейнман,[7] Швингер [8][9] и другие, чтобы сформулировать квантовую теорию поля в конце 1940-х - начале 1950-х годов. Сильван С. Швебер [10] написал прекрасное историческое изложение исследования Фейнмана такой теории. Возрождение интереса к теории параметров эволюции началось в 1970-х годах с работ Хорвица и Пирон,[11] и Фанчи и Коллинз.[12]

Концепция параметра инвариантной эволюции

Некоторые исследователи рассматривают параметр эволюции как математический артефакт, в то время как другие рассматривают параметр как физически измеримую величину. Чтобы понять роль параметра эволюции и фундаментальное различие между стандартной теорией и теориями параметров эволюции, необходимо пересмотреть понятие времени.

Время t играло роль монотонно возрастающего параметра эволюции в классической ньютоновской механике, как в силовом законе F = dP / dt для нерелятивистского классического объекта с импульсом P. Для Ньютона время было «стрелой», которая параметризовала направление эволюции системы.

Альберт Эйнштейн отклонил Ньютоновский концепцию и идентифицировал t как четвертую координату пространственно-временного четырехмерного пространства.вектор. Взгляд Эйнштейна на время требует физической эквивалентности координатного времени и координатного пространства. С этой точки зрения время должно быть обратимой координатой так же, как и пространство. Частицы, движущиеся назад во времени, часто используются для отображения античастицы в диаграммах Фейнмана, но они не рассматриваются как действительно движущиеся назад во времени, обычно это делается для упрощения обозначений. Однако многие люди думают, что они действительно движутся назад во времени, и принимают это как доказательство обратимости времени.

Развитие нерелятивистских квантовая механика в начале ХХ века сохранилась ньютоновская концепция времени в уравнении Шредингера. Способность нерелятивистской квантовой механики и специальной теории относительности успешно описывать наблюдения мотивировала усилия по распространению квантовых концепций на релятивистскую область. Физикам предстояло решить, какую роль время должно играть в релятивистской квантовой теории. Роль времени была ключевым различием между эйнштейновскими и ньютоновскими взглядами на классическую теорию. Две гипотезы, которые соответствовали специальная теория относительности были возможны:

Гипотеза I

Предположим, что t = эйнштейновское время, и отвергнем ньютоновское время.

Гипотеза II

Введите две временные переменные:

  • Координатное время по Эйнштейну
  • Инвариантный параметр эволюции по Ньютону

Гипотеза I привело к релятивистскому уравнению сохранения вероятности, которое по сути является переформулировкой нерелятивистского уравнения неразрывности. Время в релятивистском уравнении сохранения вероятности - это время Эйнштейна и является следствием неявного принятия Гипотеза I. Приняв Гипотеза I, в основе стандартной парадигмы лежит временной парадокс: движение относительно одной временной переменной должно быть обратимым, даже если второй закон термодинамика устанавливает «стрелу времени» для развивающихся систем, включая релятивистские системы. Таким образом, хотя время Эйнштейна обратимо в стандартной теории, эволюция системы не инвариантна относительно обращения времени. С точки зрения Гипотеза Iвремя должно быть одновременно необратимой стрелкой, привязанной к энтропии, и обратимой координатой в смысле Эйнштейна.[13] Развитие релятивистской динамики частично мотивировано заботой о том, что Гипотеза I был слишком строгим.

Проблемы, связанные со стандартной формулировкой релятивистской квантовой механики, дают ключ к справедливости Гипотеза I. Эти проблемы включали отрицательные вероятности, теорию дырок, Парадокс Клейна, нековариантные математические ожидания и т. д.[14][15][16] Большинство из этих проблем так и не были решены; их избегали, когда квантовая теория поля (QFT) была принята в качестве стандартной парадигмы. Перспектива QFT, особенно ее формулировка Швингером, является подмножеством более общей релятивистской динамики.[17][18][19][20][21][22]

Релятивистская динамика основана на Гипотеза II и использует две временные переменные: время координат и параметр эволюции. Параметр эволюции или параметризованное время можно рассматривать как физически измеряемую величину, и была представлена ​​процедура для разработки часов параметров эволюции.[23][24] Признавая существование отдельного параметризованного времени и отдельного координатного времени, разрешается конфликт между универсальным направлением времени и временем, которое может переходить от будущего к прошлому так же легко, как и от прошлого к будущему. Различие между параметризованным временем и координатным временем устраняет двусмысленность в свойствах, связанных с двумя временными концепциями в релятивистской динамике.

Публикации

Используйте поисковую систему для релятивистская динамика науки.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Флего, Сильвана; Пластино, Анджело; Пластино, Анхель Рикардо (2011-12-20). «Теория информации: последствия масштабной инвариантности уравнения Шредингера». Энтропия. MDPI AG. 13 (12): 2049–2058. Дои:10.3390 / e13122049. ISSN  1099-4300.
  2. ^ Фок, В.А. (1937): Phys. З. Sowjetunion 12, 404.
  3. ^ Штюкельберг, E.C.G. (1941): Helv. Phys. Акта 14, 322, 588.
  4. ^ Штюкельберг, E.C.G. (1942): Helv. Phys. Acta 14, 23.
  5. ^ Фанчи, Дж. Р. (1993). «Обзор инвариантных временных формулировок релятивистских квантовых теорий». Основы физики. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 23 (3): 487–548. Дои:10.1007 / bf01883726. ISSN  0015-9018. S2CID  120073749.
  6. ^ Fanchi, J.R. (2003): «Релятивистский квантовый потенциал и нелокальность», опубликовано в Горизонты в мировой физике, 240, под редакцией Альберта Реймера, (Издательство Nova Science, Hauppauge, New York), стр. 117-159.
  7. ^ Фейнман, Р. П. (1950-11-01). «Математическая формулировка квантовой теории электромагнитного взаимодействия» (PDF). Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 80 (3): 440–457. Дои:10.1103 / Physrev.80.440. ISSN  0031-899X.
  8. ^ Швингер, Джулиан (1951-06-01). «О калибровочной инвариантности и поляризации вакуума». Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 82 (5): 664–679. Дои:10.1103 / Physrev.82.664. ISSN  0031-899X.
  9. ^ Швингер, Джулиан (1951-06-15). «Теория квантованных полей. I». Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 82 (6): 914–927. Дои:10.1103 / Physrev.82.914. ISSN  0031-899X.
  10. ^ Швебер, Сильван С. (1986-04-01). «Фейнман и визуализация пространственно-временных процессов». Обзоры современной физики. Американское физическое общество (APS). 58 (2): 449–508. Дои:10.1103 / revmodphys.58.449. ISSN  0034-6861.
  11. ^ Хорвиц, Л.П. и К. Пирон (1973): Helv. Phys. Акта 46, 316.
  12. ^ Fanchi, John R .; Коллинз, Р. Юджин (1978). «Квантовая механика релятивистских бесспиновых частиц». Основы физики. Springer Nature. 8 (11–12): 851–877. Дои:10.1007 / bf00715059. ISSN  0015-9018. S2CID  120601267.
  13. ^ Horwitz, L.P .; Shashoua, S .; Schieve, W.C. (1989). «Явно ковариантное релятивистское уравнение Больцмана для эволюции системы событий». Physica A: Статистическая механика и ее приложения. Elsevier BV. 161 (2): 300–338. Дои:10.1016/0378-4371(89)90471-8. ISSN  0378-4371.
  14. ^ Фанчи, Дж. Р. (1993): Параметризованная релятивистская квантовая теория (Клувер, Дордрехт)
  15. ^ Вайнберг, С. (1995): Квантовая теория полей, Том I (Издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк).
  16. ^ Пруговечки, Эдуард (1994). «Об основополагающих и геометрических критических аспектах квантовой электродинамики». Основы физики. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 24 (3): 335–362. Дои:10.1007 / bf02058096. ISSN  0015-9018. S2CID  121653916.
  17. ^ Фанчи, Джон Р. (1979-12-15). «Обобщенная квантовая теория поля». Физический обзор D. Американское физическое общество (APS). 20 (12): 3108–3119. Дои:10.1103 / Physrevd.20.3108. ISSN  0556-2821.
  18. ^ Фанчи, Дж. Р. (1993): Параметризованная релятивистская квантовая теория (Клувер, Дордрехт)
  19. ^ Павшич, Матей (1991). «Об интерпретации релятивистской квантовой механики с инвариантным параметром эволюции». Основы физики. Springer Nature. 21 (9): 1005–1019. Дои:10.1007 / bf00733384. ISSN  0015-9018. S2CID  119436518.
  20. ^ Павшич, М. (1991). «Релятивистская квантовая механика и квантовая теория поля с инвариантным параметром эволюции». Il Nuovo Cimento A. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 104 (9): 1337–1354. Дои:10.1007 / bf02789576. ISSN  0369-3546. S2CID  122902647.
  21. ^ Павшич, Матей (2001). "Многомерная теория относительности на основе алгебры Клиффорда и релятивистская динамика". Основы физики. 31 (8): 1185–1209. arXiv:hep-th / 0011216. Дои:10.1023 / а: 1017599804103. ISSN  0015-9018. S2CID  117429211.
  22. ^ Павсич, М. (2001): Теоретическая физика: взгляд со всего мира (Клувер, Дордрехт).
  23. ^ Фанчи, Джон Р. (1986-09-01). «Параметризация релятивистской квантовой механики». Физический обзор A. Американское физическое общество (APS). 34 (3): 1677–1681. Дои:10.1103 / Physreva.34.1677. ISSN  0556-2791. PMID  9897446.
  24. ^ Фанчи, Дж. Р. (1993): Параметризованная релятивистская квантовая теория (Клувер, Дордрехт)

внешняя ссылка