Jump to content

Лоренц-ковариация

В релятивистской физике Лоренц -симметрия или Лоренц-инвариантность , названная в честь голландского физика Хендрика Лоренца , представляет собой эквивалент наблюдения или наблюдательной симметрии, обусловленный специальной теорией относительности, подразумевающей, что законы физики остаются одинаковыми для всех наблюдателей, которые движутся относительно друг друга. в инерциальной системе отсчета . Это также описывалось как «особенность природы, которая утверждает, что результаты экспериментов не зависят от ориентации или скорости движения лаборатории в пространстве». [1]

Лоренц-ковариация , родственное понятие, является свойством основного пространственно-временного многообразия. Ковариация Лоренца имеет два разных, но тесно связанных значения:

  1. называется Физическая величина лоренц-ковариантной, если она преобразуется при заданном представлении группы Лоренца . Согласно теории представлений группы Лоренца , эти величины строятся из скаляров , четырёхвекторов , четырёхтензоров и спиноров . В частности, лоренц-ковариантный скаляр (например, пространственно-временной интервал ) остается неизменным при преобразованиях Лоренца и называется лоренц-инвариантом (т. е. они преобразуются при тривиальном представлении ).
  2. Уравнение « называется лоренц-ковариантным, если его можно записать в терминах лоренц-ковариантных величин (что сбивает с толку, некоторые здесь используют термин . инвариант») Ключевое свойство таких уравнений состоит в том, что если они выполняются в одной инерциальной системе отсчета, то они выполняются и в любой инерциальной системе отсчета; это следует из того, что если все компоненты тензора обращаются в нуль в одной системе отсчета, то они исчезают и в каждой системе отсчета. Это условие является требованием принципа относительности ; т.е. все негравитационные законы должны делать одни и те же предсказания для идентичных экспериментов, происходящих в одном и том же пространственно-временном событии в двух разных инерциальных системах отсчета .

На многообразиях слова «ковариант» и «контравариант» относятся к тому, как объекты трансформируются при общих преобразованиях координат. Как ковариантные, так и контравариантные четырехвекторы могут быть лоренц-ковариантными величинами.

Локальная ковариация Лоренца , которая следует из общей теории относительности , относится к ковариации Лоренца, применяемой только локально в бесконечно малой области пространства-времени в каждой точке. Существует обобщение этой концепции на ковариацию Пуанкаре и инвариантность Пуанкаре.

Примеры [ править ]

В общем, (трансформационная) природа тензора Лоренца [ нужны разъяснения ] может быть идентифицирован по его тензорному порядку , который представляет собой количество имеющихся у него свободных индексов. Отсутствие индексов подразумевает, что это скаляр, один подразумевает, что это вектор и т. д. Некоторые тензоры с физической интерпретацией перечислены ниже.

соглашение знаках о метрики Минковского η = diag (1, −1, −1, −1) На протяжении всей статьи используется .

Скаляры [ править ]

Пространственно-временной интервал
Собственное время (для времениподобных интервалов)
Правильное расстояние (для пространственноподобных интервалов)
Масса
Инварианты электромагнетизма
Даламбериан /волновой оператор

Четырехвекторы [ править ]

4-смещение
4-позиционный
4-градиент
4D что является частной производной :
4-скоростной
где
4-импульс
где и это остальная масса .
4-токовый
где
4-потенциал

Четыре тензора [ править ]

Кронекера дельта
Метрика Минковского (метрика плоского пространства согласно общей теории относительности )
Тензор электромагнитного поля (с использованием метрической сигнатуры + - - -)
Двойной тензор электромагнитного поля

Лоренц модели , нарушающий

В стандартной теории поля существуют очень строгие и суровые ограничения на маргинальные и соответствующие операторы, нарушающие Лоренца, как в КЭД , так и в Стандартной модели . Нерелевантные операторы, нарушающие Лоренца, могут быть подавлены с помощью высокого масштаба обрезания , но они обычно вызывают маргинальные и значимые операторы, нарушающие Лоренца, посредством радиационных поправок. Таким образом, у нас также есть очень строгие и строгие ограничения на нерелевантные операторы, нарушающие Лоренца.

Поскольку некоторые подходы к квантовой гравитации приводят к нарушениям лоренц-инвариантности, [2] эти исследования являются частью феноменологической квантовой гравитации . Нарушения Лоренца допускаются в теории струн , суперсимметрии и гравитации Горжавы-Лифшица . [3]

Модели, нарушающие Лоренц, обычно делятся на четыре класса: [ нужна ссылка ]

  • Законы физики в точности лоренц-ковариантны, но эта симметрия спонтанно нарушается . В специальных релятивистских теориях это приводит к фононам , которые являются бозонами Голдстоуна . Фононы движутся со скоростью меньше скорости света .
  • Подобно приближенной лоренцевой симметрии фононов в решетке (где скорость звука играет роль критической скорости), лоренцевая симметрия специальной теории относительности (где скорость света является критической скоростью в вакууме) является лишь низкочастотной. энергетический предел законов физики, которые включают в себя новые явления в каком-то фундаментальном масштабе. Голые обычные «элементарные» частицы не являются точечными теоретико-полевыми объектами на очень малых масштабах расстояний, и необходимо учитывать ненулевую фундаментальную длину. Нарушение лоренцевой симметрии определяется параметром, зависящим от энергии, который стремится к нулю при уменьшении импульса. [4] Такие модели требуют существования привилегированной локальной инерциальной системы отсчета («системы покоя в вакууме»). Их можно проверить, по крайней мере частично, с помощью экспериментов с космическими лучами сверхвысоких энергий, таких как обсерватория Пьера Оже . [5]
  • Законы физики симметричны относительно деформации Лоренца или, в более общем плане, группы Пуанкаре , и эта деформированная симметрия является точной и непрерывной. Эта деформированная симметрия также обычно является симметрией квантовой группы , которая является обобщением групповой симметрии. Деформированная специальная теория относительности является примером этого класса моделей. Деформация зависит от масштаба, а это означает, что при масштабах длин, намного превышающих масштаб Планка, симметрия очень похожа на группу Пуанкаре. Эксперименты с космическими лучами сверхвысоких энергий не могут проверить такие модели.
  • Специальная теория относительности образует отдельный класс; если зарядовая четность (CP) является точной симметрией, подгруппы группы Лоренца достаточно, чтобы дать нам все стандартные предсказания. Однако это не так.

Модели, принадлежащие к первым двум классам, могут согласовываться с экспериментом, если лоренц-разрушение происходит в масштабе Планка или за его пределами, или даже раньше в подходящих доонных моделях. [6] и если нарушение симметрии Лоренца определяется подходящим энергозависимым параметром. Тогда есть класс моделей, которые отклоняются от симметрии Пуанкаре вблизи масштаба Планка, но все же движутся к точной группе Пуанкаре на очень больших масштабах длин. Это справедливо и для третьего класса, который, к тому же, защищен от радиационных поправок, поскольку сохраняет точную (квантовую) симметрию.

Несмотря на отсутствие доказательств нарушения лоренц-инвариантности, в последние годы было проведено несколько экспериментальных поисков таких нарушений. Подробная сводка результатов этих поисков приведена в таблицах данных для нарушений Лоренца и CPT. [7]

Лоренц-инвариантность также нарушается в КТП при условии ненулевой температуры. [8] [9] [10]

Также появляется все больше свидетельств нарушения Лоренца в полуметаллах Вейля и полуметаллах Дирака . [11] [12] [13] [14] [15]

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ Рассел, Нил (24 ноября 2004 г.). «Обрамление лоренцевой симметрии» . ЦЕРН Курьер . Проверено 08.11.2019 .
  2. ^ Маттингли, Дэвид (2005). «Современные тесты лоренц-инвариантности» . Живые обзоры в теории относительности . 8 (1): 5. arXiv : gr-qc/0502097 . Бибкод : 2005LRR.....8....5M . дои : 10.12942/lrr-2005-5 . ПМК   5253993 . ПМИД   28163649 .
  3. ^ Сотрудничество, IceCube; Аартсен, МГ; Акерманн, М.; Адамс, Дж.; Агилар, Дж.А.; Алерс, М.; Аренс, М.; Аль Самарай, И.; Альтманн, Д.; Андин, К.; Андерсон, Т.; Ансо, И.; Антон, Г.; Аргуэльес, К.; Ауффенберг, Дж.; Аксани, С.; Багерпур, Х.; Бай, X.; Бэррон, JP; Барвик, Юго-Запад; Баум, В.; Бэй, Р.; Битти, Джей-Джей; Беккер Тьюс, Дж.; Беккер, К.-Х.; БенЦви, С.; Берли, Д.; Бернардини, Э.; Бессон, ДЗ; и др. (2018). «Нейтринная интерферометрия для высокоточной проверки симметрии Лоренца с помощью Ice Cube ». Физика природы . 14 (9): 961–966. arXiv : 1709.03434 . Бибкод : 2018NatPh..14..961I . дои : 10.1038/s41567-018-0172-2 . S2CID   59497861 .
  4. ^ Луис Гонсалес-Местрес (25 мая 1995 г.). «Свойства возможного класса частиц, способных двигаться быстрее света» . Темная материя в космологии : 645. arXiv : astro-ph/9505117 . Бибкод : 1995dmcc.conf..645G .
  5. ^ Луис Гонсалес-Местрес (26 мая 1997 г.). «Отсутствие обрезания Грейзена-Зацепина-Кузьмина и стабильность нестабильных частиц при очень высоких энергиях как следствие нарушения лоренц-симметрии». Материалы 25-й Международной конференции по космическим лучам (30 июля — 6 августа) . 6 : 113. arXiv : физика/9705031 . Бибкод : 1997ICRC....6..113G .
  6. ^ Луис Гонсалес-Местрес (2014). «Физика сверхвысоких энергий и стандартные базовые принципы. Действительно ли единицы Планка имеют смысл?» (PDF) . Сеть конференций EPJ . 71 : 00062. Бибкод : 2014EPJWC..7100062G . doi : 10.1051/epjconf/20147100062 .
  7. ^ Костелецкий, В.А.; Рассел, Н. (2010). «Таблицы данных для нарушений Лоренца и CPT». arXiv : 0801.0287v3 [ hep-ph ].
  8. ^ Лайне, Микко; Вуоринен, Алекси (2016). Основы теории теплового поля . Конспект лекций по физике. Том. 925. arXiv : 1701.01554 . Бибкод : 2016ЛНП...925.....Л . дои : 10.1007/978-3-319-31933-9 . ISBN  978-3-319-31932-2 . ISSN   0075-8450 . S2CID   119067016 .
  9. ^ Одзима, Идзуми (январь 1986 г.). «Лоренц-инвариантность в зависимости от температуры в КТП». Письма по математической физике . 11 (1): 73–80. Бибкод : 1986LMaPh..11...73O . дои : 10.1007/bf00417467 . ISSN   0377-9017 . S2CID   122316546 .
  10. ^ «Доказательство потери лоренц-инвариантности в квантовой теории поля при конечной температуре» . Обмен стеками по физике . Проверено 18 июня 2018 г.
  11. ^ Сюй, Су-Ян; Алидуст, Насер; Чанг, Гоцин; Лу, Хун; Сингх, Бахадур; Белопольский, Илья; Санчес, Дэниел С.; Чжан, Сяо; Бянь, Гуан; Чжэн, Хао; Хусану, Мариус-Адриан; Бянь, Йи; Хуан, Шин-Мин; Сюй, Чуан-Хань; Чанг, Тай-Ронг; Дженг, Хорнг-Тай; Бансил, Арун; Нойперт, Титус; Строков Владимир Н.; Линь, Синь; Цзя, Шуан; Хасан, М. Захид (2017). «Открытие фермионов Вейля типа II, нарушающих Лоренц, в LaAl Ge » . Достижения науки . 3 (6): e1603266. Бибкод : 2017SciA....3E3266X . дои : 10.1126/sciadv.1603266 . ПМК   5457030 . ПМИД   28630919 .
  12. ^ Ян, Хуацин; Ван, Яо, Вэй; Ван, Хунюнь; Ян, Хайтао; Ян, Шушань; Дуань, Чжоу , Шуюн (2017). фермионы Дирака типа II в дихалькогениде переходного металла PtTe2» . Nature Communications 8 ( 1): arXiv : 1607.03643 . 257. «Лоренц- нарушающие . ... 8..257Y дои : 10.1038 . PMC   5557853 s41467-017-00280-6   /
  13. ^ Дэн, Кэ; Дэн, Пэн; Ван, Эрьин, Минчжэ; Чжан, Хунюнь; Дэнлингер, Джонатан, Хайтао, Вэньхуэй, Ву, Ян, Чжан, Чэнь, Шуюн (2016) . Физика . 12 ): 1105–1110. : 1603.08508 . Бибкод : 2016NatPh..12.1105D . doi : 10.1038 /nphys3871 . arXiv   ( 12
  14. ^ Хуан, Лунань; Маккормик, Тимоти М.; Очи, Масаюки; Чжао, Чжиин; Сузуки, Мичи-То; Арита, Рётаро; Ву, Юн; Моу, Дайсян; Цао, Уэйбо; Ян, Цзяцян; Триведи, Нандини; Камински, Адам (2016). «Спектроскопические доказательства полуметаллического состояния Вейля типа II в MoTe2». Природные материалы . 15 (11): 1155–1160. arXiv : 1603.06482 . Бибкод : 2016NatMa..15.1155H . дои : 10.1038/nmat4685 . ПМИД   27400386 . S2CID   2762780 .
  15. ^ Белопольски, Илья; Исида, Юкиаки; Ю, Пэн; Чанг, Гоцин; Чжэн, Хао; Алидуст, Бянь, Гуан; Неупане, Мадхаб; Ли, Чи-Чэн; Бу, Хайцзюнь; Ли, Шишэн; Цзэн, Хорнг-Тай; Лю, Чжэн, Шин, Шик, М. Захид (2016). полуметаллического состояния фермиона Вейля в MoxW1-xTe2» Nature Communications . топологического нового « типа . Открытие Бибкод : 2016NatCo...713643B . Номер документа : 10.1038/ . PMC   5150217. ncomms13643 PMID   27917858 .

Ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e3d74e32fc01158419643bb2f2aef6d8__1715643000
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e3/d8/e3d74e32fc01158419643bb2f2aef6d8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Lorentz covariance - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)