Откуда берется этот вектор поляризации?

Имея дело с векторными полями в своей книге КТП, Шварц описывает классическое поле в терминах базиса, который я не знаю, как он получает.

Он впервые вводит лагранжиан Прока

л "=" 1 4 Ф мю ν Ф мю ν + 1 2 м 2 А мю А мю .

Тогда уравнения движения ( + м 2 ) А мю "=" 0 и мю А мю "=" 0 .

Затем он говорит:

Найдем теперь явные решения уравнений движения. Начнем с преобразования Фурье наших классических полей. С ( + м 2 ) А мю "=" 0 , любое решение можно записать в виде

А мю ( Икс ) "=" я г 3 п ( 2 π ) 3 а ~ я ( п ) ϵ мю я ( п ) е я п Икс , п 0 "=" ю п "=" | п | 2 + м 2

для некоторых базисных векторов ϵ мю я ( п ) . Например, мы могли бы тривиально взять я "=" 1 , 2 , 3 , 4 и использовать четыре вектора ϵ мю я ( п ) "=" дельта мю я в этом разложении. Вместо этого нам нужна основа, которая заставляет А мю автоматически удовлетворять также его уравнению движения мю А мю "=" 0 . Это произойдет, если п мю ϵ мю я ( п ) "=" 0 . Для любого фиксированного 4 -импульс п мю с п 2 "=" м 2 , есть три независимых решения этого уравнения, заданные тремя 4 -векторы ϵ мю я ( п ) , обязательно п мю зависимые, которые мы называем векторами поляризации. Таким образом, нам остается только суммировать я "=" 1 , 2 , 3 . Обычно мы нормируем поляризации ϵ мю * ϵ мю "=" 1 .

Я вообще этого не понимаю. Используя преобразование Фурье А мю + м 2 А мю "=" 0 и обозначающий А ^ мю преобразование Фурье, которое мы имеем

А мю ( Икс ) "=" г 3 п ( 2 π ) 3 ( а мю ( п ) е я п Икс + а мю * ( п ) е я п Икс ) .

Это делается путем трехмерного преобразования Фурье, получая уравнение т 2 А ^ + ю п 2 А ^ "=" 0 , понимая, что А ^ мю "=" а мю ( п ) е я ю п т + б мю ( п ) е я ю п т и, наконец, используя условие, что А мю реально, так что б мю ( п ) "=" а мю * ( п ) что приводит непосредственно к приведенной выше формуле.

Здесь нет ϵ мю я ( п ) в любом месте. Я также не понимаю, почему это должно быть. Сумма в любом случае имеет только два члена.

Так что мне действительно чего-то здесь не хватает. Как правильно получить этот результат?

Ваше решение - тривиальное решение, о котором они говорят, где ϵ "=" дельта , вы должны подумать о ϵ в качестве основы координаты, поэтому она говорит нам, в каком направлении поле колеблется (поляризация), и из-за второго уравнения движения мы получаем, что направление поляризации должно быть ортогональным направлению импульса, поэтому мы можем забыть об одном направление в наших расчетах (направление импульса), поэтому поле лучше записывать в терминах этих базисных (поляризационных) векторов.
Если бы это была классическая физика, вы бы описали поле в терминах е Икс е у е г .

Ответы (1)

Ты почти там. Данный

А мю ( Икс ) "=" г 3 п ( 2 π ) 3 ( а мю ( п ) е я п Икс + а мю ( п ) е я п Икс ) .
вы можете выбрать любой набор из четырех линейно независимых векторов { ϵ мю 1 , ϵ мю 2 , ϵ мю 3 , ϵ мю 4 } и расширить а мю с точки зрения них:
а мю "=" я "=" 1 4 а я ϵ мю я
для некоторых коэффициентов а я . «Тривиальное основание», упомянутое С., ϵ мю я дельта мю я , и в этом случае это выражение становится
а мю "=" я "=" 1 4 а я дельта мю я "=" а мю
т.е. коэффициенты а я являются просто декартовыми компонентами а мю . В принципе, это правильная основа, но мы можем сделать лучше. Во-первых, в этом базисе выполняется условие трансверсальности п а "=" 0 реализовать не сразу.

Если мы выберем базис, который изменяется с п , такой, что

п ϵ 1 "=" п ϵ 2 "=" п ϵ 3 "=" 0 , ϵ 4 "=" п / м
тогда мы можем написать, как и прежде,
а мю "=" я "=" 1 4 а я ϵ мю я
но теперь условие п а эквивалентно а 4 "=" 0 , так что в действительности
а мю "=" я "=" 1 3 а я ϵ мю я

С этим,

А мю ( Икс ) "=" я "=" 1 3 г 3 п ( 2 π ) 3 ( а я ϵ мю я е я п Икс + а я ϵ мю я * е я п Икс ) .
что является окончательным выражением для свободного поля Прока.

Думаю, я понял суть. Поле А является ковекторным полем, так что А ( Икс ) "=" А мю ( Икс ) г Икс мю . Когда мы преобразуем Фурье, мы получаем другое ковекторное поле а мю ( п ) г п мю . Таким образом а мю выражается в каноническом базисе, но мы можем перейти к другому базису ϵ я ( п ) , с ϵ я ( п ) "=" ϵ мю я ( п ) г п мю . Таким образом, мы можем узнать, что а мю ( п ) "=" а ~ я ( п ) ϵ мю я ( п ) . Только зачем нам это? Следует ли выбрать базис, который уже накладывает условие на А мю поле, которое мы хотим, а именно мю А мю "=" 0 ? Итак, мы в конечном итоге ограничиваемся подпространством?
@ user1620696 да, именно это и происходит. Новый базис удобен тем, что он делает условие трансверсальности А "=" 0 тривиально реализовать. В старом базисе вам пришлось бы нести условие п а "=" 0 вместе со всеми вашими расчетами.