Можно ли назвать любой симплектоморфизм каноническим преобразованием?

Я просто хочу убедиться, что ясно думаю о канонических координатах и ​​преобразованиях в гамильтоновой механике.

Предположим, у нас есть гамильтонова система ( М , ю , ЧАС ) - где М фазовое пространство ( тусклый ( М ) "=" 2 н , хотя М не обязательно является кокасательным расслоением глобально), ю - симплектическая структура (невырожденная, замкнутая 2-форма), и ЧАС это функция на М служит гамильтонианом. Теперь предположим, что у нас есть две перекрывающиеся карты координат. ф : U В р 2 н и ψ : U Вт р 2 н , для некоторых открытых U М . Преобразование координат ψ ф 1 : В Вт является симплектоморфизмом, так как это просто тождественная карта, выраженная в разных координатах: точнее, ψ ф 1 : ( В , ф * ю ) ( Вт , ψ * ю ) тривиально удовлетворяет ф * ю "=" ( ψ ф 1 ) * ψ * ю . Но мы не назвали бы такое преобразование координат каноническим, если бы ф и ψ были ли обе канонические координаты (или диаграммы Дарбу) для начала, верно? Например, один определяющий критерий канонических преобразований, часто приводимый в текстах по физике, состоит в том, что матрица Якоби преобразования является симплектической матрицей... так называемое симплектическое условие. Здесь, ( ψ ф 1 ) * является симплектической матрицей, только если оба ф и ψ — канонические координаты. Итак, можем ли мы заключить, что не все симплектоморфизмы являются каноническими преобразованиями?

Ответы (1)

Симплектоморфизмы — это одно 1 возможное определение канонических преобразований (КТ), использованное, например, В.И. Арнольдом, ср. например, этот пост Phys.SE.

Теперь, чтобы быть более точным: симплектоморфизмы на 2 н -мерное симплектическое многообразие ( М , ю ) бывают разных версий:

  • с явной зависимостью от времени или без нее. (В этом ответе Phys.SE для простоты мы обсуждаем только случай без явной временной зависимости.)

  • локально по сравнению с глобально определенным.

  • активное и пассивное изображение.

I) В математике активный глобальный симплектоморфизм — это отображение Ф : М М такой, что Ф * ю "=" ю . Такая карта Ф явно не зависит от систем координат.

Однако из-за теоремы Дарбу мы можем (и будем для простоты) выбирать атлас

М   "="   а U ( а )
районов Дарбу
М     U ( а )   ф ( а )   В ( а )     р 2 н
впредь.

В координатах Дарбу

ф ( а ) я :   U ( а )     р , я   е   { 1 , , 2 н } ,
матрица скобки Пуассона
{ ф ( а ) я , ф ( а ) Дж }   "="   Дж я Дж , я , Дж   е   { 1 , , 2 н } .
постоянно.

Позволять

ф ( б а )   "="   ф ( б ) Ф ф ( а ) 1
обозначим соответствующую карту из (подмножества) В ( а ) р 2 н к (подмножеству) В ( б ) р 2 н .

Симплектоморфизм Ф затем удовлетворяет

К , л "=" 1 2 н ф ( б а ) я ( г ( а ) ) г ( а ) К Дж К л ф ( б а ) Дж ( г ( а ) ) г ( а ) л   "="   Дж я Дж , я , Дж   е   { 1 , , 2 н } .

II) В отличие от физики, симплектоморфизм часто формулируется как пассивное преобразование координат ф из (подмножества) р 2 н к (подмножеству) р 2 н , такой, что

К , л "=" 1 2 н ф я ( г ) г К Дж К л ф Дж ( г ) г л   "="   Дж я Дж , я , Дж   е   { 1 , , 2 н } .

Это последнее понятие зависит от координат.

III) Кажется, что примеры ОП объединяют два случая I и II.

--

1 Имейте в виду, что в литературе встречается несколько неэквивалентных определений КТ, ср. например, этот пост Phys.SE.