Relativistická dynamika - Relativistic dynamics

Klasickou dynamiku při relativistických rychlostech viz relativistická mechanika.

Relativistická dynamika se týká kombinace relativistické a kvantová koncepty popisující vztahy mezi pohybem a vlastnostmi relativistického systému a silami působícími na systém. To, co odlišuje relativistickou dynamiku od jiných fyzikálních teorií, je použití invariantní skalární parametr vývoje k monitorování historického vývoje systému vesmírný čas Události. V teorii měřítka-invariantní síla interakcí částic nezávisí na energii zúčastněných částic.[1]Experimenty dvacátého století ukázaly, že fyzický popis mikroskopický a submikroskopické předměty pohybující se v blízkosti nebo v blízkosti rychlost světla vyvstaly otázky týkající se takových základních pojmů, jako je prostor, čas, hmotnost a energie. Teoretický popis fyzikálních jevů vyžadoval integraci pojmů z relativity a kvantová teorie.

Vladimir Fock [2] byl první, kdo navrhl teorii parametrů evoluce pro popis relativistických kvantových jevů, ale teorie parametrů evoluce zavedená Ernst Stueckelberg [3][4] je více sladěn s nedávnou prací.[5][6] Teorie parametrů evoluce byly používány Feynman,[7] Schwinger [8][9] a další formulovat kvantovou teorii pole na konci 40. a počátku 50. let. Silvan S. Schweber [10] napsal pěknou historickou expozici Feynmanova vyšetřování takové teorie. Oživení zájmu o teorie parametrů evoluce začalo v 70. letech prací Horwitze a Piron,[11] a Fanchi a Collins.[12]

Koncept parametrů neměnné evoluce

Někteří vědci považují parametr evoluce za matematický artefakt, zatímco jiní považují parametr za fyzicky měřitelnou veličinu. Abychom porozuměli roli evolučního parametru a zásadnímu rozdílu mezi teorií standardní teorie a evolučními parametry, je nutné přezkoumat pojem času.

Čas t hrál roli monotónně rostoucího parametru evoluce v klasické newtonovské mechanice, jako v silovém zákoně F = dP / dt pro nerelativistický klasický objekt s hybností P. Newtonovi byl čas „šipkou“, která parametrizovala směr vývoje systému.

Albert Einstein odmítl Newtonian koncept a identifikoval t jako čtvrtou souřadnici časoprostorového čtyřvektor. Einsteinův pohled na čas vyžaduje fyzickou ekvivalenci mezi časem souřadnic a prostorem souřadnic. V tomto pohledu by měl být čas reverzibilní souřadnicí stejným způsobem jako prostor. K zobrazení se často používají částice pohybující se zpět v čase antičástice ve Feynmanových diagramech, ale nepředpokládají se, že by se v čase pohybovaly zpět, obvykle se to dělá kvůli zjednodušení notace. Mnoho lidí si však myslí, že se skutečně pohybují zpět v čase, a berou to jako důkaz časové reverzibility.

Vývoj nerelativistického kvantová mechanika na počátku dvacátého století zachoval newtonovský koncept času ve Schrödingerově rovnici. Schopnost nerelativistické kvantové mechaniky a speciální relativity úspěšně popsat pozorování motivované snahy o rozšíření kvantových konceptů do relativistické oblasti. Fyzici museli rozhodnout, jakou roli by měl hrát čas v relativistické kvantové teorii. Role času byla klíčovým rozdílem mezi einsteinovským a newtonovským pohledem na klasickou teorii. Dvě hypotézy, které byly v souladu s speciální relativita bylo možné:

Hypotéza I

Předpokládejme t = einsteinovský čas a odmítněte newtonovský čas.

Hypotéza II

Představte dvě časové proměnné:

  • Souřadnicový čas ve smyslu Einsteina
  • Neměnný evoluční parametr ve smyslu Newtona

Hypotéza I vedlo k relativistické rovnici zachování pravděpodobnosti, která je v podstatě re-vyjádřením nerelativistické rovnice kontinuity. Čas v rovnici zachování relativistické pravděpodobnosti je Einsteinův čas a je důsledkem implicitního přijetí Hypotéza I. Přijetím Hypotéza I, standardní paradigma má ve své podstatě časový paradox: pohyb ve vztahu k jedné časové proměnné musí být reverzibilní, i když druhý zákon termodynamika zavádí „šipku času“ pro vyvíjející se systémy, včetně relativistických systémů. I když je tedy Einsteinův čas ve standardní teorii reverzibilní, evoluce systému není invariantní ke zvrácení času. Z pohledu Hypotéza I, čas musí být jak nevratný šíp vázaný na entropii, tak reverzibilní souřadnice v einsteinovském smyslu.[13] Vývoj relativistické dynamiky je částečně motivován obavou z toho Hypotéza I bylo příliš omezující.

Problémy spojené se standardní formulací relativistické kvantové mechaniky poskytují vodítko k platnosti Hypotéza I. Mezi tyto problémy patřily negativní pravděpodobnosti, teorie děr, Kleinův paradox, nekovariantní hodnoty očekávání atd.[14][15][16] Většina z těchto problémů nebyla nikdy vyřešena; když se jim vyhnulo kvantová teorie pole (QFT) byl přijat jako standardní paradigma. Perspektiva QFT, zejména její formulace Schwingerem, je podmnožinou obecnější relativistické dynamiky.[17][18][19][20][21][22]

Relativistická dynamika je založena na Hypotéza II a zaměstnává dvě časové proměnné: čas souřadnic a parametr evoluce. Na parametr evoluce nebo parametrizovaný čas lze pohlížet jako na fyzicky měřitelnou veličinu a byl předložen postup pro navrhování hodin parametrů evoluce.[23][24] Rozpoznáním existence zřetelného parametrizovaného času a zřetelného souřadnicového času je vyřešen konflikt mezi univerzálním směrem času a časem, který může postupovat tak snadno z budoucnosti do minulosti, jako z minulosti do budoucnosti. Rozdíl mezi parametrizovaným časem a časem souřadnic odstraňuje nejednoznačnosti ve vlastnostech spojených se dvěma časovými koncepty v relativistické dynamice.

Publikace

Použijte vyhledávač pro relativistická dynamika vědy.

Viz také

Reference

  1. ^ Flego, Silvana; Plastino, Angelo; Plastino, Angel Ricardo (2011-12-20). „Důsledky teorie informace v měřítku-invariance Schröedingerovy rovnice“. Entropie. MDPI AG. 13 (12): 2049–2058. doi:10,3390 / e13122049. ISSN  1099-4300.
  2. ^ Fock, V.A. (1937): Phys. Z. Sowjetunion 12, 404.
  3. ^ Stueckelberg, E.C.G. (1941): Helv. Phys. Acta 14, 322, 588.
  4. ^ Stueckelberg, E.C.G. (1942): Helv. Phys. Acta 14, 23.
  5. ^ Fanchi, J. R. (1993). "Přehled invariantních časových formulací relativistických kvantových teorií". Základy fyziky. Springer Science and Business Media LLC. 23 (3): 487–548. doi:10.1007 / bf01883726. ISSN  0015-9018. S2CID  120073749.
  6. ^ Fanchi, J. R. (2003): „Relativistický kvantový potenciál a nelokalita“, publikovaný v Horizonty ve světové fyzice, 240, editoval Albert Reimer, (Vydavatelé Nova Science, Hauppauge, New York), str. 117-159.
  7. ^ Feynman, R. P. (01.11.1950). „Matematická formulace kvantové teorie elektromagnetické interakce“ (PDF). Fyzický přehled. Americká fyzická společnost (APS). 80 (3): 440–457. doi:10,1103 / fyz.80,440. ISSN  0031-899X.
  8. ^ Schwinger, Julian (01.06.1951). "Invariance měřidel a vakuová polarizace". Fyzický přehled. Americká fyzická společnost (APS). 82 (5): 664–679. doi:10.1103 / fyzrev.82.664. ISSN  0031-899X.
  9. ^ Schwinger, Julian (1951-06-15). „Teorie kvantovaných polí. Já“. Fyzický přehled. Americká fyzická společnost (APS). 82 (6): 914–927. doi:10,1103 / fyzrev.82,914. ISSN  0031-899X.
  10. ^ Schweber, Silvan S. (01.04.1986). „Feynman a vizualizace časoprostorových procesů“. Recenze moderní fyziky. Americká fyzická společnost (APS). 58 (2): 449–508. doi:10.1103 / revmodphys.58.449. ISSN  0034-6861.
  11. ^ Horwitz, L.P. a C. Piron (1973): Helv. Phys. Acta 46, 316.
  12. ^ Fanchi, John R .; Collins, R. Eugene (1978). "Kvantová mechanika relativistických bezpáteřních částic". Základy fyziky. Springer Nature. 8 (11–12): 851–877. doi:10.1007 / bf00715059. ISSN  0015-9018. S2CID  120601267.
  13. ^ Horwitz, L.P .; Shashoua, S .; Schieve, W.C. (1989). "Zjevně kovariantní relativistická Boltzmannova rovnice pro vývoj systému událostí". Physica A: Statistická mechanika a její aplikace. Elsevier BV. 161 (2): 300–338. doi:10.1016/0378-4371(89)90471-8. ISSN  0378-4371.
  14. ^ Fanchi, J. R. (1993): Parametrizovaná relativistická kvantová teorie (Kluwer, Dordrecht)
  15. ^ Weinberg, S. (1995): Kvantová teorie polí, Svazek I (Cambridge University Press, New York).
  16. ^ Prugovečki, Eduard (1994). „O základních a geometrických kritických aspektech kvantové elektrodynamiky“. Základy fyziky. Springer Science and Business Media LLC. 24 (3): 335–362. doi:10.1007 / bf02058096. ISSN  0015-9018. S2CID  121653916.
  17. ^ Fanchi, John R. (1979-12-15). "Zobecněná kvantová teorie pole". Fyzický přehled D. Americká fyzická společnost (APS). 20 (12): 3108–3119. doi:10.1103 / fyzrevd.20.3108. ISSN  0556-2821.
  18. ^ Fanchi, J. R. (1993): Parametrizovaná relativistická kvantová teorie (Kluwer, Dordrecht)
  19. ^ Pavšič, Matej (1991). "K interpretaci relativistické kvantové mechaniky s invariantním vývojovým parametrem". Základy fyziky. Springer Nature. 21 (9): 1005–1019. doi:10.1007 / bf00733384. ISSN  0015-9018. S2CID  119436518.
  20. ^ Pavšič, M. (1991). "Relativistická kvantová mechanika a teorie kvantového pole s parametrem invariantní evoluce". Il Nuovo Cimento A. Springer Science and Business Media LLC. 104 (9): 1337–1354. doi:10.1007 / bf02789576. ISSN  0369-3546. S2CID  122902647.
  21. ^ Pavšič, Matej (2001). „Polydimenzionální relativita a relativistická dynamika založená na Clifford-Algebře“. Základy fyziky. 31 (8): 1185–1209. arXiv:hep-th / 0011216. doi:10.1023 / a: 1017599804103. ISSN  0015-9018. S2CID  117429211.
  22. ^ Pavsič, M. (2001): Krajina teoretické fyziky: globální pohled (Kluwer, Dordrecht).
  23. ^ Fanchi, John R. (01.09.186). "Parametrizující relativistická kvantová mechanika". Fyzický přehled A. Americká fyzická společnost (APS). 34 (3): 1677–1681. doi:10.1103 / physreva.34.1677. ISSN  0556-2791. PMID  9897446.
  24. ^ Fanchi, J. R. (1993): Parametrizovaná relativistická kvantová teorie (Kluwer, Dordrecht)

externí odkazy