QS kirjoitti: ↑30 Kesä 2024, 14:49Disputator kirjoitti: ↑29 Kesä 2024, 11:03Tarkistin aamulla ihan eksplisiittisesti, että miten signatuurin valinta vaikuttaa KG-yhtälöön ja Lagrangeen \(\mathcal{L}\), jolla lauseke:
\(\mathcal{L}= \frac{1}{2} \partial_\mu \phi \partial^\mu \phi - \frac{1}{2} m^2 \phi^2\)
Tuo lausekkeen aukilaskettu muoto riippuu kuitenkin signatuurista.
Tuossa jo QS/Varaktori laski aikaisemmin näitä, mutta laitan nyt nämä munkin laskelmat näkyviin:
Signatuuri (+,-,-,-):
\(\mathcal{L} =\frac{1}{2}(\frac{\partial \phi}{\partial t})^2 - \sum_i \frac{1}{2}(\frac{\partial \phi}{\partial x^i})^2- \frac{1}{2} m^2 \phi^2
\)
Euler Lagrangen liikeyhtälö antaa tulokseksi KG-yhtälön näköisen yhtälön:
\(\partial_\mu\partial^\mu\phi + m^2\phi=0\)
ja se onkin KG-yhtälö, jonka näkee aukikirjoittamalla:
\(\partial_\mu\partial^\mu\phi + m^2\phi=\frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2}-\nabla^2\phi +m^2 \phi=0\)
Signatuuri (-,+,+,+):
\(\mathcal{L} =-\frac{1}{2}(\frac{\partial \phi}{\partial t})^2 + \sum_i \frac{1}{2}(\frac{\partial \phi}{\partial x^i})^2- \frac{1}{2} m^2 \phi^2
\)
Euler Lagrangen liikeyhtälö antaa tulokseksi myös tässä tapauksessa:
\(\partial_\mu\partial^\mu\phi + m^2\phi=0\)
Tämä ei ole kuitenkaan KG-yhtälö ja sen näkee kirjoittamalla auki:
YHtälöstä \(\partial_\mu\partial^\mu\phi + m^2\phi= 0\) saa kirjoittamalla auki ja ryhmittelemällä uudelleen: \(\frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2}-\nabla^2\phi -m^2 \phi=0
\)
Eli tämä on se imaginaarisen massan tapaus, jota virheellisesti kutsuin negatiivisen massan tapaukseksi
Voisi ajatella, että signatuurille (+,-,-,-) käytetään esimerkiksi Lagrangea:
\(\mathcal{L}= \frac{1}{2} \partial_\mu \phi \partial^\mu \phi - \frac{1}{2} m^2 \phi^2\)
ja signatuurille (-,+,+,+) Lagrangea (huomaa miinusmerkki):
\(\mathcal{L}= -\frac{1}{2} \partial_\mu \phi \partial^\mu \phi - \frac{1}{2} m^2 \phi^2\)
niin silloin kumpikin antaa oikean KG-yhtälön. Miinusmerkin käyttöä jälkimmäisessä voisi olla syynä QS:n viittaama energian positiivisuusvaatimus.Joo. Tästä tajusin, että mulla oli virhe \(\lambda\) -kerroin ajatuksessa. Kertoimen voi kyllä periaatteessa valita vapaasti, mutta kun valinnan tekee, niin valinta pitää säilyttää signatuurista riippumatta. Jos valitsen eri kertoimet eri signatuureille, niin kyseessähän on kaksi eri Lagrangen tiheyttä, mikä tarkoittaa karkeasti ajateltuna kahta eri 'teoriaa'.
Lagrange pitäisi kirjoittaa
\(\mathcal{L} = \lambda\left(\eta^{\mu\nu}\partial_\mu \phi \partial_\nu \phi - m^2 \phi^2\right)\)
missä metriikka \(\eta^{\mu\nu}\). Sitten valitaan esimerkiksi \(\lambda=\frac{1}{2}\), ja kirjoitetaan
\(\mathcal{L} = \frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\partial_\mu \phi \partial_\nu \phi - \frac{1}{2}m^2 \phi^2\)
Signatuurilla (+,-,-,-) tämä on auki kirjoitettuna
\(\mathcal{L}_+ = \frac{1}{2}\left(\partial_0 \phi \partial^0 \phi - \partial_i \phi \partial^i \phi\right) - \frac{1}{2}m^2 \phi^2\)
ja signatuurilla (-,+,+,+)
\(\begin{align*}\mathcal{L}_- &= \frac{1}{2}\left(-\partial_0 \phi \partial^0 \phi + \partial_i \phi \partial^i \phi\right) - \frac{1}{2}m^2 \phi^2 \\ &= -\frac{1}{2}\left(\partial_0 \phi \partial^0 \phi - \partial_i \phi \partial^i \phi\right) - \frac{1}{2}m^2 \phi^2 \\ &= -\frac{1}{2}\partial_\mu \phi \partial^\mu \phi - \frac{1}{2}m^2 \phi^2\end{align*}\)
missä muokkauksen jälkeen ensimmäisen termin edessä miinusmerkki. Kun näin ajattelee, niin miinusmerkki on seuraus signatuurista, eikä sitä erikseen tarvitsee valita. Jos oikein ymmärsin?
Jälkimmäisen termin \(-\frac{1}{2}m^2 \phi^2\) etumerkki on signatuurista riippumaton. Tuon \(\mathcal{L}_+\):n liikeyhtälössä on \(+m^2\) ja \(\mathcal{L}_-\):n liikeyhtälössä \(-m^2\).
Aloin jo kirjoittaa näiden Hamiltonin tiheyttä, mutta enpä vielä kirjoitakaan, mun en ole varma vaikuttaako signatuuri Hamiltonin tiheyden määrittelyyn. hmm.
Ihmettelin vielä Hamiltonin tiheyttä
\(\begin{align*}\mathcal{H}&=\Pi\ \partial_0\phi - \mathcal{L}\\ &= \Pi\dot\phi - \mathcal{L}\end{align*}\)
missä
\(\Pi=\frac{\partial\phi}{\partial(\partial_0\phi)}\)
Kun \(\mathcal{L} = \frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\partial_\mu \phi \partial_\nu \phi - \frac{1}{2}m^2 \phi^2\) niin vaiheittain ja rivi riviltä kirjoitettuna sain
\(\begin{align*}\Pi&=\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial (\partial_0 \phi)}\\&=\frac{1}{2}\frac{\partial}{\partial(\partial_0\phi)}\eta^{\mu\nu}(\partial_\mu \phi \partial_\nu\phi)\\&=\frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\left(\frac{\partial (\partial_\mu\phi)}{\partial(\partial_0\phi)}\partial_\nu\phi + \frac{\partial(\partial_\nu\phi)}{\partial(\partial_0\phi)}\partial_\mu \phi\right)\\ &=\frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\left(\delta_{\mu 0}\partial_\nu\phi+\delta_{\nu 0}\partial_\mu \phi\right)\ \\&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\ \end{align*}\)
Signatuurilla (+,-,-,-)
\(\begin{align*}\Pi_+&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\\&=\partial_0\phi\\\ &= \dot\phi\end{align*}\)
ja signatuurilla (-,+,+,+)
\(\begin{align*}\Pi_-&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\\&=-\partial_0\phi\\ &= -\dot\phi\end{align*}\)
Tästä seuraa, että Hamiltonin tiheydet eivät ole samat. Etumerkeissä on ero
\(\mathcal{H}_+=\dot\phi^2 - \mathcal{L}=\frac{1}{2}\dot\phi^2 + \frac{1}{2}(\nabla\phi)^2+\frac{1}{2}m^2\phi^2\)
ja
\(\mathcal{H}_-=-\dot\phi^2 - \mathcal{L}=-\frac{1}{2}\dot\phi^2 - \frac{1}{2}(\nabla\phi)^2+\frac{1}{2}m^2\phi^2\)
missä \((\nabla\phi)^2 = \partial_i\phi\partial^i\phi\).
Onpas sotku. Nuo saisi samaksi, kun signatuurilla (-,+,+,+) laittaisi Lagrangen tiheyteen miinuksen metriikan eteen, eli siis \(-\eta^{\mu\nu}\). Ilmeisesti signatuurista riippuen pitää sittenkin hieroa Lagrangen tiheyden etumerkkejä tavallaan käsin, kuten aiemmassa viestissä totesitkin!
\(\begin{align*}\mathcal{H}&=\Pi\ \partial_0\phi - \mathcal{L}\\ &= \Pi\dot\phi - \mathcal{L}\end{align*}\)
missä
\(\Pi=\frac{\partial\phi}{\partial(\partial_0\phi)}\)
Kun \(\mathcal{L} = \frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\partial_\mu \phi \partial_\nu \phi - \frac{1}{2}m^2 \phi^2\) niin vaiheittain ja rivi riviltä kirjoitettuna sain
\(\begin{align*}\Pi&=\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial (\partial_0 \phi)}\\&=\frac{1}{2}\frac{\partial}{\partial(\partial_0\phi)}\eta^{\mu\nu}(\partial_\mu \phi \partial_\nu\phi)\\&=\frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\left(\frac{\partial (\partial_\mu\phi)}{\partial(\partial_0\phi)}\partial_\nu\phi + \frac{\partial(\partial_\nu\phi)}{\partial(\partial_0\phi)}\partial_\mu \phi\right)\\ &=\frac{1}{2}\eta^{\mu\nu}\left(\delta_{\mu 0}\partial_\nu\phi+\delta_{\nu 0}\partial_\mu \phi\right)\ \\&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\ \end{align*}\)
Signatuurilla (+,-,-,-)
\(\begin{align*}\Pi_+&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\\&=\partial_0\phi\\\ &= \dot\phi\end{align*}\)
ja signatuurilla (-,+,+,+)
\(\begin{align*}\Pi_-&=\frac{1}{2}\left(\eta^{0\nu}\partial_\nu\phi+\eta^{\mu 0}\partial_\mu \phi\right)\\&=-\partial_0\phi\\ &= -\dot\phi\end{align*}\)
Tästä seuraa, että Hamiltonin tiheydet eivät ole samat. Etumerkeissä on ero
\(\mathcal{H}_+=\dot\phi^2 - \mathcal{L}=\frac{1}{2}\dot\phi^2 + \frac{1}{2}(\nabla\phi)^2+\frac{1}{2}m^2\phi^2\)
ja
\(\mathcal{H}_-=-\dot\phi^2 - \mathcal{L}=-\frac{1}{2}\dot\phi^2 - \frac{1}{2}(\nabla\phi)^2+\frac{1}{2}m^2\phi^2\)
missä \((\nabla\phi)^2 = \partial_i\phi\partial^i\phi\).
Onpas sotku. Nuo saisi samaksi, kun signatuurilla (-,+,+,+) laittaisi Lagrangen tiheyteen miinuksen metriikan eteen, eli siis \(-\eta^{\mu\nu}\). Ilmeisesti signatuurista riippuen pitää sittenkin hieroa Lagrangen tiheyden etumerkkejä tavallaan käsin, kuten aiemmassa viestissä totesitkin!