Suhteellisuusteoriaa

Vastaa Viestiin
D
Disputator
Viestit: 192

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Disputator »

Laitan tässä nyt mun edellisestä jutusta puuttuvan kohdan, joka koski niitä vektorin komponentteja aktiivisessa puskussa.

Kommentoin tota sun viimeistä kirjoitusta myöhemmin, mutta minä olen kämmeltänyt niin paljon tämän akt/pas-asian kanssa, että ihan hävettää :blush: . Asia on kuitenkin tärkeä, koska sama ajattelu esiintyy erilaisissa symmetria-asioissa, kuten vanhalla palstalla oli puhetta.

Tehdään aktiivinen muunnos allaolevalla matriisilla:

\(\Lambda(\psi) = \begin{bmatrix} \cosh\psi & \sinh\psi\\ \sinh\psi & \cosh\psi \end{bmatrix}\)

joka kohdistuu vektoriin:

\(X= x^0\hat{e_0}+x^1 \hat{e_1}\)

Silloin saadaan:

\(
\begin{align*}
\Lambda(\psi) X &= \begin{bmatrix} \cosh\psi & \sinh\psi\\ \sinh\psi & \cosh\psi \end{bmatrix}\begin{bmatrix}x^0\\x^1\end{bmatrix}\\
&=\begin{bmatrix} \cosh\psi\: x^0 + \sinh\psi\: x^1 \\ \sinh\psi\: x^0 +\cosh\psi\: x^1 \end{bmatrix}
&=x^0\begin{bmatrix} \cosh\psi\\ \sinh\psi\end{bmatrix}+x^1\begin{bmatrix} \sinh\psi\\ \cosh\psi\end{bmatrix}
\end{align*}
\)

Jos määritellään uudet kantavektorit (nämä käsittääkseni samat kuin Tungilla):

\(
\begin{align*}
\hat{e}_0'&=\begin{bmatrix} \cosh\psi\\ \sinh\psi\end{bmatrix}\\
\hat{e}_1'&=\begin{bmatrix} \sinh\psi\\ \cosh\psi\end{bmatrix}
\end{align*}
\)

saadaan:

\(
\Lambda(\psi) X = x^0\hat{e}_0'+x^1 \hat{e}_1'
\).

Okei, mitä nyt oikein saatiin aikaan. Vektoria X muutettiin aktiivisesti vektoriksi \(\Lambda(\psi) X\), jolloin sen komponentit vanhassa (kiertämättömässä) kannassa oli

\(\begin{bmatrix} \cosh\psi\: x^0 + \sinh\psi\: x^1 \\ \sinh\psi\: x^0 +\cosh\psi\: x^1 \end{bmatrix}\)

Jos tämä esitetään aktiivisesti kierretyssä kannassa tulos on ylläolevan mukaan:

\(x^0\hat{e}_0'+x^1 \hat{e}_1'\)

Tuolla on samat komponentit kuin alkuperäisellä kiertämättömällä vektorilla vanhassa kannassa.

Toi sama pitäisi mennä läpi sopivin muutoksin ihan tason rotaatioidenkin SO(2) kanssa.
SI Resurrection!
E
Eusa
Viestit: 146

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Eusa »

Tensorialgebrassa, kun kysymyksessä duaalit, aktiivinen muunnos tapahtunee kontragredientisti (onko vakiintunutta suomenkielistä käsitettä olemassa?) eli käänteisyyden lisäksi on transponoitava suhteessa passiiviseen kovarianttikomponenttimuunnokseen - olisiko noin?
Hienorakennevakio vapausasteista: (1+2¹+3²+5³+1/2¹*3²/5³)⁻¹ = 137,036⁻¹
D
Disputator
Viestit: 192

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Disputator »

Ihan yhden asian poimin tuosta sun kirjoituksesta:
QS kirjoitti: 28 Helmi 2024, 18:27
...
Toimii myös puhtaan rotaation euklidisen kannan \(\mathbf{\hat e}_i\) muunnoksessa. Mutta menee pieleen, kun muunnan 4-dim kannan \(\mathbf{\hat e}_\mu\). Syynä täytyy olla se, että muunsin Minkowskiavaruuden kantavektorit ikään kuin ne olisivat kontravariantteja komponentteja. Kantavektorit muuntuvat kovariantisti !
...
Yksi hämmennyksen/sekaannuksen aihe on mulle aina ollut se, että tosiaankin itse kantavektorit e muuttuvat kovariantisti, mutta toisaalta kantavektoritkin ovat ihan tavallisia vektoreita ja siksi niiden komponettiesitykset, e =(1,0), muuttuvat kontravariantisti. Tämä on lähes yhtä sekava sotkun aihe kuin akt/pass-muunnokset.
SI Resurrection!
E
Eusa
Viestit: 146

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Eusa »

Disputator kirjoitti: 28 Helmi 2024, 20:30
Ihan yhden asian poimin tuosta sun kirjoituksesta:
QS kirjoitti: 28 Helmi 2024, 18:27
...
Toimii myös puhtaan rotaation euklidisen kannan \(\mathbf{\hat e}_i\) muunnoksessa. Mutta menee pieleen, kun muunnan 4-dim kannan \(\mathbf{\hat e}_\mu\). Syynä täytyy olla se, että muunsin Minkowskiavaruuden kantavektorit ikään kuin ne olisivat kontravariantteja komponentteja. Kantavektorit muuntuvat kovariantisti !
...
Yksi hämmennyksen/sekaannuksen aihe on mulle aina ollut se, että tosiaankin itse kantavektorit e muuttuvat kovariantisti, mutta toisaalta kantavektoritkin ovat ihan tavallisia vektoreita ja siksi niiden komponettiesitykset, e =(1,0), muuttuvat kontravariantisti. Tämä on lähes yhtä sekava sotkun aihe kuin akt/pass-muunnokset.
Kantavektorit, jotka muuntuvat kovariantisti, ovat eri asia kuin yksikkövektorit, jotka muuntuvat kontravariantisti.

Metriikan muuttuessa on mentävä tekemään muunnos kontravarianttiin maastoon ja saadaan aikaan tensoreiden todellinen muuttuminen.
Hienorakennevakio vapausasteista: (1+2¹+3²+5³+1/2¹*3²/5³)⁻¹ = 137,036⁻¹
Q
QS
Viestit: 310

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja QS »

Disputator kirjoitti: 28 Helmi 2024, 20:30
Ihan yhden asian poimin tuosta sun kirjoituksesta:
QS kirjoitti: 28 Helmi 2024, 18:27
...
Toimii myös puhtaan rotaation euklidisen kannan \(\mathbf{\hat e}_i\) muunnoksessa. Mutta menee pieleen, kun muunnan 4-dim kannan \(\mathbf{\hat e}_\mu\). Syynä täytyy olla se, että muunsin Minkowskiavaruuden kantavektorit ikään kuin ne olisivat kontravariantteja komponentteja. Kantavektorit muuntuvat kovariantisti !
...
Yksi hämmennyksen/sekaannuksen aihe on mulle aina ollut se, että tosiaankin itse kantavektorit e muuttuvat kovariantisti, mutta toisaalta kantavektoritkin ovat ihan tavallisia vektoreita ja siksi niiden komponettiesitykset, e =(1,0), muuttuvat kontravariantisti. Tämä on lähes yhtä sekava sotkun aihe kuin akt/pass-muunnokset.
Sama kokemus. En ole itse asiassa edes täysin varma, mika on kantavektorin e täsmällinen matemaattinen määritelmä. Oon sen varmaan joskus nähnyt, mutta ohittanut matemaattisena kiusantekona ;D. Ehkä jotain valinta-aksioomaan liittyvää? Tai vastaavaa yhtä maagista.

Fysiikan sovellutuksissa kantavektorin asettaminen derivaattaoperaattoriksi on toki järkevää. Sehän on kovariantti otus. Mutta ei kerro e:n syvällisestä olemuksesta juurikaan.

Yleisestä suhteellisuusteoriasta jäänyt eräs iskulause mieleen: "Kahden kehyksen (frame) välinen Lorentzmuunnos on kehysten kantavektorien muunnos". YST:ssä tuo on varmasti tärkeäkin yksityiskohta, jonka olen mielestäni joskus varsin kirkkaasti ymmmärtänytkin.

Joo tuo e =(1,0) on komponenteilla esitetty kanta-yksikkövektori v=v1e1, missä komponentti v1=1. Ja tämähän on kontravariantti komponentti. Ja tuo maaginen e1 muuntuu kovariantisti.

Yleensähän vektorin muunnoksessa sekä komponentti että kanta muuntuu, eli siis viei -> v'ie'i. Mutta aiemmassa passiivisessa muunnoksessa onkin niin, että vain kantavektorit muuntuvat ilman komponenttien muunnosta. Siitä tajusin, että tietysti pelkkä kannan muunnos pitää olla kovariantti. Kontravariantti komponentti jää ennalleen. Euklidisissa rotaatioissa tuota yksityiskohtaa ei huomaa, kun metriikka on triviaali.
Q
QS
Viestit: 310

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja QS »

Eusa kirjoitti: 28 Helmi 2024, 20:02
Tensori .... aktiivinen muunnos
Tensorikentän aktiivinen muunnos on \(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x) = \Lambda^\mu{}_\rho\Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(\Lambda^{-1}x)\)
E
Eusa
Viestit: 146

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Eusa »

QS kirjoitti: 29 Helmi 2024, 08:38
Eusa kirjoitti: 28 Helmi 2024, 20:02
Tensori .... aktiivinen muunnos
Tensorikentän aktiivinen muunnos on \(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x) = \Lambda^\mu{}_\rho\Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(\Lambda^{-1}x)\)
Jep. Oikealla puolella matriisin komponentit transponoidaan, jotta saadaan aikaan kontravariantisti ja fysikaalisesti muuttunut tensori \(F'\).

Normaaleilla tensoreilla on luonnollista muuntaa toiseen koordinaatistoon osittaisderivoiden:
\(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x') = \frac{\partial x'^\mu}{\partial x^\rho} \frac{\partial x'^\nu}{\partial x^\sigma} F^{\rho\sigma}(x)\)

Mikäli halutaan välttämättä soveltaa muunnosmatriisia, sen transponointia ei passiivisessa muunnoksessakaan voi välttää:
\(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x') = \Lambda^\mu{}_\rho \Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(\Lambda^{-1}x)\)

Joten akt/pass-muunnokset ovat kovasti saman näköisiä. Eli aina on ilmoitettava muuntaako aktiivisesti vai passiivisesti. Tuollaisella koordinaattien pilkullisuudella voi pitkässä juoksutuksessa kertoa toki, mutta kuten huomattu notaatiot voivat vaihdella persoonittain.

Spinoreilla osittaisderivaattahäkkyrät eivät käytännössä toimi, koska muunnetaan faasiavaruudessa, joka poikkeaa mitta-avaruudesta; siksi käytettävä passiivisestikin aina muunnosmatriiseja.

Jos tuli höpinää, korjatkaa.
Hienorakennevakio vapausasteista: (1+2¹+3²+5³+1/2¹*3²/5³)⁻¹ = 137,036⁻¹
Q
QS
Viestit: 310

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja QS »

Eusa kirjoitti: 29 Helmi 2024, 13:32
QS kirjoitti: 29 Helmi 2024, 08:38
Eusa kirjoitti: 28 Helmi 2024, 20:02
Tensori .... aktiivinen muunnos
Tensorikentän aktiivinen muunnos on \(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x) = \Lambda^\mu{}_\rho\Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(\Lambda^{-1}x)\)
Jep. Oikealla puolella matriisin komponentit transponoidaan, jotta saadaan aikaan kontravariantisti ja fysikaalisesti muuttunut tensori \(F'\).
Yleisesti ottaen \(\Lambda^T \neq \Lambda^{-1}\). On olemassa erikoistapaus (-tapauksia), jossa käänteismatriisi saadaan transponoimalla. Harjoitustehtävänä keksiä tuo erikoistapaus?
Eusa kirjoitti: 29 Helmi 2024, 13:32

Normaaleilla tensoreilla on luonnollista muuntaa toiseen koordinaatistoon osittaisderivoiden:
\(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x') = \frac{\partial x'^\mu}{\partial x^\rho} \frac{\partial x'^\nu}{\partial x^\sigma} F^{\rho\sigma}(x)\)
Tämä pitää paikkaansa.
Eusa kirjoitti: 29 Helmi 2024, 13:32
... passiivisessa muunnoksessakaan voi välttää:
\(F^{\mu\nu}(x) \to F'^{\mu\nu}(x') = \Lambda^\mu{}_\rho \Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(\Lambda^{-1}x)\)
Passiivisen muunnoksen pitäisi mielestäni olla \(F'^{\mu\nu}(x') = \Lambda^\mu{}_\rho \Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(x)\)
Eusa kirjoitti: 29 Helmi 2024, 13:32
Spinoreilla osittaisderivaattahäkkyrät eivät käytännössä toimi
Totta, että yleiset koordinaatistomuunnokset eivät päde spinorille, tai ainakaan muunnoksen löytäminen ei ole helppo tehtävä. Minkowski-kehysten väliset muunnokset ovat toki olemassa.
Q
QS
Viestit: 310

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja QS »

Disputator kirjoitti: 28 Helmi 2024, 19:57
Tehdään aktiivinen muunnos allaolevalla matriisilla:

\(\Lambda(\psi) = \begin{bmatrix} \cosh\psi & \sinh\psi\\ \sinh\psi & \cosh\psi \end{bmatrix}\)

joka kohdistuu vektoriin:

\(X= x^0\hat{e_0}+x^1 \hat{e_1}\)

Silloin saadaan:

\(
\begin{align*}
\Lambda(\psi) X &= \begin{bmatrix} \cosh\psi & \sinh\psi\\ \sinh\psi & \cosh\psi \end{bmatrix}\begin{bmatrix}x^0\\x^1\end{bmatrix}\\
&=\begin{bmatrix} \cosh\psi\: x^0 + \sinh\psi\: x^1 \\ \sinh\psi\: x^0 +\cosh\psi\: x^1 \end{bmatrix}
&=x^0\begin{bmatrix} \cosh\psi\\ \sinh\psi\end{bmatrix}+x^1\begin{bmatrix} \sinh\psi\\ \cosh\psi\end{bmatrix}
\end{align*}
\)

 
Kokeilin puskun ja rotaation yhdistelmää

\(\Lambda(\psi,\theta)=\begin{bmatrix}
\cosh (\psi ) & \sinh (\psi ) & 0 & 0 \\
\sinh (\psi ) & \cosh (\psi ) & 0 & 0 \\
0 & 0 & \cos (\theta ) & -\sin (\theta ) \\
0 & 0 & \sin (\theta ) & \cos (\theta ) \\
\end{bmatrix}\)

joka muuntaa vektorin \(X=(x^0,x^1,x^2,x^3)^T\) siten, että

\(\begin{align*} \Lambda(\psi,\theta)X &= \begin{bmatrix}
x^0 \cosh (\psi )+x^1 \sinh (\psi ) \\
x^0 \sinh (\psi )+x^1 \cosh (\psi )\\
-x^3 \sin (\theta )+x^2 \cos (\theta )\\
x^3 \cos (\theta )+x^2 \sin (\theta )
\end{bmatrix}\\ \\ &=x^0\begin{bmatrix}
\cosh (\psi )\\
\sinh (\psi )\\
0\\
0
\end{bmatrix}+ x^1\begin{bmatrix}
\sinh (\psi )\\
\cosh (\psi )\\
0\\
0
\end{bmatrix} + x^2\begin{bmatrix}
0\\
0\\
\cos (\theta )\\
\sin (\theta )
\end{bmatrix}+x^3\begin{bmatrix}
0\\
0\\
-\sin(\theta )\\
\cos (\theta )
\end{bmatrix}
\end{align*}\)

Nuo uudet kantavektorit ovat lineaarisesti riippumattomat, ja toimivat. Totta.
E
Eusa
Viestit: 146

Re: Suhteellisuusteoriaa

Viesti Kirjoittaja Eusa »

QS kirjoitti: 29 Helmi 2024, 18:07
Passiivisen muunnoksen pitäisi mielestäni olla \(F'^{\mu\nu}(x') = \Lambda^\mu{}_\rho \Lambda^\nu{}_\sigma F^{\rho\sigma}(x)\)
Tutkitaan osittaisderivaatoin:
\(F'^{\mu\nu}(x') = \frac{\partial x'^\mu}{\partial x^\rho} \frac{\partial x'^\nu}{\partial x^\sigma} F^{\rho\sigma}(x) \)
koordinaatistomuunnosfunktio \(x'(x)\) ja derivaattamuoto \(\frac{\partial x'^\mu}{\partial x^\rho}\) riippuvat implisiittisesti käänteismatriisista.

Jos on tarpeen verrata muunnosten aktiivisuutta ja passiivisuutta joko metriikan kautta systeemin osalta fysikaalisesti muuttuneena tai muuttumattomana tai isomman systeemin mukana muuttuen, pyrkisin pitämään matriisin samana ja muunnokset samanmuotoisina, mutta rajaisin aktiivisen kohdistumaan muuttuvaan systeemiin ja passiivisen laajempaan koordinaatistoon tai supersysteemiin.

Ymmärtääkseni passiivinen muutos voi olla esittämäsikin, mutta silloin muunnosmatriisi tuottaa triviaalin muunnoksen, jossa euklidisessa avaruudessa tensorin komponentit eivät muutu, mutta kuinka kaarevassa? Eikö passiivisen muunnoksen tulisi olla aidosti metriikkaa seuraileva? Ero aktiiviseen olisi siis vain kohdistuen yli tarkasteltavan systeemin, joko koko avaruuden koordinaatistovalintaan tai supersysteemiin, jonka mukana tarkastelusysteemi muuntuu itse fysikaalisesti muuttumatta...

Triviaalisti: ilmoitus siitä onko muunnos aktiivinen vai passiivinen on kuten kappalevalinta; harkittu valinta, jolla tutkitaan onko tarkastelussa fysikaalinen muutos vai vain mielekäs näkökulman muutos, kun kappalevalinnalla voidaan löytää tilanne, jos ei enää esiinny ulkoisia voimia.
Hienorakennevakio vapausasteista: (1+2¹+3²+5³+1/2¹*3²/5³)⁻¹ = 137,036⁻¹
Vastaa Viestiin