За первые 20 минут этого видео Сасскинд выводит уравнение непрерывности для сохранения заряда:
(Где — это плотность тока, или, как это называет Сасскинд, просто ток.)
(И индексирует компоненты пространства x,y,z)
А затем показывает, что это уравнение неразрывности можно записать более компактно как дивергенцию текущего четырехвектора:
(Где индексирует компонент времени. В остальной части этого поста фигурная буква обозначает вектор из четырех, тогда как нефигурная буква со стрелкой над ней указывает на обычный вектор с тремя пространственными компонентами.)
То есть он демонстрирует, что можно рассматривать как временную составляющую дивергенции тока.
Мой главный вопрос: если является временной составляющей (т.е. дифференцируется по времени), то разве Закон Гаусса не имеет более компактного выражения в виде дивергенции четырехвектора Энергии? Вот рассуждение:
Когда уравнение неразрывности выводится из расходимости закона Ампера, мы видим, что . Ну если является компонентой времени, то это должно означать, что . Отсюда следует, что Закон Гаусса можно записать в виде дивергенции четырехвектора Энергии:
И как следствие следует ли, что дивергенция текущего 4-вектора равна Лапласиану 4-вектора Энергии?
Рассуждение: если является временной составляющей, то расходимость закона Гаусса дает:
...что, поскольку , также можно написать
Но из компактного выражения Сасскинда уравнения неразрывности мы знаем, что . Поэтому их можно приравнять: .
И, наконец, если это следствие верно, то не следует ли из него также, что закон Ампера имеет более компактное выражение:
Рассуждение: интегрируя обе части следствия, вы получаете:
Но правая часть этого также может быть записана:
...что, поскольку , это также:
Но RHS этого всего лишь Закон Ампера ( ). Поэтому закон Ампера имеет следующее компактное выражение через дивергенцию четырехвектора энергии:
Из чего автоматически вытекает желательное свойство (я думаю), что магнитное поле является безвихревым ( ) -- так как компактное выражение для закона Гаусса есть .
Ковариантная формулировка EM именно такова. Формулировка калибровочной теории также делает это. ( В следующих)
Учитывая - и -поля как пространственные три-векторы в некоторой системе отсчета, мы строим антисимметричный тензор напряженности поля как (римские индексы - пространственные индексы, подразумевается суммирование по повторяющимся индексам)
Используя поведение полей при преобразованиях Лоренца, действительно можно увидеть, что это является собственным тензором в пространстве Минковского. Точно так же мы строим четырехпоток из классического тока и плотность заряда к
Законы Максвелла теперь просто читаются
Это еще не самый абстрактный способ представить это. Используя язык дифференциальных форм, имеем формы и . Законы Максвелла теперь выглядят в наиболее сжатой форме так:
где звезда двойственна по Ходже . Одним из преимуществ этого языка является то, что можно заключить, что существует 1-форма с на любом стягиваемом подмножестве нашего пространства. Точнее, оно существует, если вторые когомологии де Рама равны нулю.
Калибровочное описание электродинамики начинается со склеивания этих которые всегда существуют локально, чтобы получить глобально определенный калибровочный потенциал .
Муфрид