четверг, 23 февраля 2023 г.

Инвариант композиционного преобразования

Если есть преобразование Лоренца, применяемое к 4-вектору, то оно сохраняет квадрат величины этого вектора. Это инвариант преобразования Лоренца. А если есть композиционное преобразование, то какая величина от преобразуемой величины будет сохраняться инвариантной? Попробуем разобраться.

Положим, что композиционно преобразуемая величина состоит из полярной и аксиальной частей: $$ Ip+a $$ Здесь $p$ и $a$ - кватернионные части: $$ \begin{array}{c} Ip=I(ip_x+jp_y+kp_z) \\ a=ia_x+ja_y+ka_z \end{array} $$ Рассмотрим, чему равна величина квадрата от такого составного вектора: $$ (Ip+a)(Ip+a) $$ Для кватернионных величин $a$ и $b$ состоящих только из мнимых частей выполняется: $$ ab=-(a,b)+[a,b] $$ Здесь $(a,b)$ - скалярное произведение 3-мерных векторов: $$ (a,b)=a_xb_x+a_yb_y+a_zb_z $$ И $[a,b]$ - векторное произведение $$ \begin{array}{c} [a,b]=i(a_yb_z-a_zb_y) + \\ + j(a_zb_x-a_xb_z)+k(a_xb_y-a_yb_x) \end{array} $$ Для них выполняются соотношения: $$ (a,b)=(b,a) $$ $$ [a,b] = -[b,a] $$ $$ [a,a] = 0 $$ Используя эти свойства, раскроем квадрат исходной величины, зная что $$ I^2=-1 $$ И что $I$ коммутирует с единицами $i$, $j$, $k$. $$ \begin{array}{c} (Ip+a)(Ip+a)= (p,p)-I(p,a)+I[p,a]- \\ - I(a,p)-I[a,p]-(a,a) = \\ = (p,p) - (a,a) - 2I(a,p) \end{array} $$ Теперь рассмотрим что происходит с таким квадратом при композиционном преобразовании $T$: $$ T(Ip+a)\bar{T}T(Ip+a)\bar{T} $$ Поскольку $\bar{T}T=1$ и поскольку величина $(Ip+a)^2$ есть сумма скаляра и псевдоскаляра, то в силу свойства композиционного преобразования оставлять неизменным скаляр $$ TC\bar{T}=CT\bar{T}=C $$ получаем, что квадрат композиционно преобразованной величины, если она есть чисто векторная, останется инвариантным $$ \begin{array}{c} T(Ip+a)\bar{T}T(Ip+a)\bar{T}= \\ =(p,p)-(a,a)-2I(a,p) \end{array} $$ Если инвариантная величина является составной, то инвариантными одновременно друг с другом являются все её компоненты: $$ (p,p)-(a,a)=inv $$ $$ I(a,p)=inv $$ Здесь первый инвариант скалярная величина, а вторая псевдоскалярная.

В частности, композиционно преобразуемой величиной являеся напряженность электромагнитного поля, состоящая из полярного и аксиального векторов $E$ и $B$ и поэтому для них также инвариантны величины $$ E^2-B^2 = inv $$ $$ (E,B) = inv $$ при композиционном преобразовании.

Часто эти инвариантны относят к инвариантам самого поля. Строго говоря, это неверно, поскольку инварианты относятся к преобразованию, а для иных преобразований и инварианты будут другие.

Например, для преобразований 3-мерных поворотов инвариантов будет уже три: $$ \begin{array}{c} E^2 = inv \\ B^2 = inv \\ (E,B) = inv \end{array} $$

Комментариев нет:

Отправить комментарий