Что такое инвариантная величина?

У меня есть небольшая путаница относительно инвариантного количества. Это то, что не меняется при переключении с одной инерциальной системы отсчета на другую, как Δ мю Дж мю является инвариантом. Я читал преобразование полей из тома 2 Фейнмана и заметил, что Е Икс "=" Е Икс . Так я могу позвонить Е Икс инвариант? ( Е Икс — поле, создаваемое заряженной частицей, движущейся вдоль оси X).

Также у меня есть другая путаница: если я выбираю физически идентифицируемую точку (скажем, любую точку на стене, перпендикулярную движущемуся заряду), остается ли числовое значение электрического поля одинаковым как в кадрах, так и в Е преобразуется таким образом, чтобы дать одно и то же числовое значение Е либо оба наблюдателя также получают совершенно разные числовые значения. И если численное значение изменится, не будет ли это означать, что заряженная частица испытывает разную силу в двух инерциальных системах отсчета?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Чтобы уточнить, означает ли инвариант, что функция возвращает одно и то же значение в точке во всех инерциальных системах отсчета, или это означает, что функциональная форма остается неизменной (скажем, что-то падает как 1 Икс 2 во всех кадрах, где Икс соответствует этому кадру Икс ).

Ответы (1)

«Инвариантность» сама по себе просто означает «неизменность». То, что оно означает, как и большинство слов, зависит от контекста. Количество может быть инвариантным в одном смысле и не инвариантным в другом.

Большую часть времени, когда физики говорят об инвариантности, они говорят о «фрейм-инвариантности». Это означало бы, что величина инвариантна (не меняется) при произвольных (или специальном подмножестве) преобразованиях в системах отсчета. Однако здесь следует предостеречь, что то, о каком наборе преобразований систем отсчета идет речь, опять же зависит от контекста. Инвариантность Галилея и инвариантность Пуанкаре отличаются! В современном мире набор объектов, инвариантных к кадру, обычно состоит из класса геометрических объектов, называемых «тензорами» (подмножеством которых являются «векторы» - строго 4-векторы для приложений SR / GR).

Теперь, с появлением СТО/ОТО, мы обнаружили, что электрическое поле НЕ является тензорным объектом, и поэтому обычно мы не говорим об электрическом поле как об «инварианте». Электрическое поле на самом деле представляет собой 3 компонента антисимметричного тензора ранга 2, называемого «тензором электромагнитного поля» (остальные 3 независимых компонента этого тензора - это магнитное поле). Инвариантным объектом является этот тензор (представьте, что тензор похож на физическую стрелку, представляющую вектор), его компоненты (подумайте, как мы выражаем компоненты вектора в заданной системе координат) могут изменяться в зависимости от того, какие преобразования координат вы выполняете. применяются.

Итак, наконец, к вашему вопросу. Да просто так Е Икс "=" Е Икс верно для ускорения в направлении х, не означает, что это верно, если я применю любое другое преобразование Лоренца. Если я увеличу скорость в направлении оси Y или просто поверну свою систему координат, это определенно не будет правдой. Е Икс "=" Е Икс . В этом смысле мы обычно НЕ говорим, что Е Икс является «инвариантным». Мы можем сказать " Е Икс инвариантно к ускорению в направлении х», но мы ДОЛЖНЫ упомянуть остальную часть этого предложения «к ускорению в направлении х». Если вы говорите « Е Икс является инвариантом», то вы только сбиваете с толку всех, с кем разговариваете.

Обычно лучше думать об инвариантности с точки зрения геометрического объекта (тензоров/векторов), а не их компонентов. Мышление с точки зрения конкретных компонентов только приведет к путанице.

А как насчет «инвариантности» функции Лагранжа при обобщенных преобразованиях координат или функции Гамильтона при канонических преобразованиях? Они не кажутся "тензорами".
Поэтому я и сказал "в целом". И я также уточнил, что значение слова «инвариант» зависит от контекста. Я не уверен, что вы имеете в виду здесь. Мой ответ не должен служить ссылкой на все возможные варианты использования «инвариантности» в физике, а только на использование, имеющее отношение к вопросу ОП.
@enumeraris - ОП спрашивает о значении функций. Также СТО постулирует инвариантность физических законов в инерциальных системах.
Итак, мой ответ неверен или что-то упущено? Вы можете сами дать лучший ответ.
Это не так, но для ОП, безусловно, было бы полезно, если бы вы также рассмотрели эти моменты.