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规范自由性是不是只有数学意义?

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这里的数学意义是指在数学上处理的方便性等。
比如说电磁理论中4势在规范变换下不改变问题的实质,广相中度规场在坐标变换下都表示同一个时空几何等。对此我只能理解到约束条件少于未知量个数所导致的结果的层面,而选取哪种规范条件或坐标条件似乎只能根据求解问题的数学方便性来决定,所以从这些方面我完全体会不到规范自由性(规范不变性)的实在物理意义。但是从我对规范场论的听风就是雨的浅薄了解来看,规范自由性貌似没有我想的那么简单。
所以问题还可以在标题的基础上扩展一下:规范自由性在物理上为什么这么重要?


IP属地:广东来自iPhone客户端1楼2019-03-18 12:14回复
    给咱们一个同一的标准。比如温度计可以随意设定基准点,但是水的三相点视为咱们的规范自由。这样一来温度就可以直接比较呀。


    IP属地:湖北来自Android客户端2楼2019-03-18 12:34
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      规范变换不是任意的吧,是在一定的规范条件下的某种操作模式保持某些物理表现形式的一致性,规范条件也是有一定的物理意义的。


      来自iPhone客户端3楼2019-03-18 13:16
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        换个角度看,考虑一个自由的有质量的具有全局规范对称性的场论系统,一旦要求这个系统具有局域规范对称性,那么这个系统中必须要引入一个或者多个无质量的矢量场A,这个过程就是对四大基本相互作用的数学描述,物理上通常把A称为规范势,其外微分F=DA称为规范场强,这个东西在数学上对应了纤维丛理论的联络和曲率,而广义相对论也是在用曲率和联络描述引力这种相互作用,因此在这个意义上,广义相对论可以看做一个SO(4)规范场论,与其他的三种基本相互作用理论没有什么区别,


        IP属地:山东来自Android客户端4楼2019-03-18 13:19
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          我来补充一下楼上 @揉揉喵 的说法。
          规范场论本身是极具威力的,正如楼上所说,我们目前对物理的认知几乎无处不受规范场论的影响。而且,在量子效应里面,特别是AB效应当中,我们能看到规范场的某些物理实在的特征,相关问题可参考程檀生的《现代量子力学教程》的后面的一些内容,或者梁灿彬第二卷的附录。
          但是,其实规范场的描述本身也未必完美。简单来说,对于所有的规范场论,包括广义相对论,我们都可以问这么一个问题:这个理论中真正的独立自由度到底是什么。比如说有质量光子的自由场论,其本应该只包含三个独立自由度,但是描述他的规范场分量却有四个,这使得对其做正则量子化的时候到处是麻烦和陷阱,还有各种形式上看起来破坏了Lorentz协变性的情况。
          这个问题的根源,按照一些物理学家的观点,是我们为了能够获得一个局域的场论,不得不引入了大批量的冗余的自由度。事实上,按一些从事散射振幅研究的科学家看来,规范对称的对称群,真要追究起来,并不能真的视为某种真实的对称性,比如说时空平移对称这样的,而更该称为“规范冗余”(Gauge Redundancy)。最近几年对于散射振幅的系统研究似乎也支持这样的观点。


          6楼2019-03-30 16:10
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            规范自由的含义是:拉格朗日量在规范变换下不变,而要研究的所有物理规律由拉格朗日量决定,因此规范可以随意选取。
            电动力学里面方程由拉格朗日量决定这点是没错的,选取好的规范理解为是为了数学处理方便是可以的。
            但是,在量子色动力学里面,规范不变性会带来麻烦。因为按电动力学形式选取的拉格朗日量在规范变换下仍然不变,但是我们研究的物理规律或者物理量,是规范变换下变化的,这就意味着规范是不能乱取的。为了贴合物理,需要在拉格朗日量里加入一项规范固定项,使得拉格朗日在规范变换下改变,这一项怎么添,原则上完全是实验决定的。


            IP属地:浙江来自Android客户端7楼2019-04-03 00:06
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