Почему мой член 4-дивергенции, добавленный к лагранжиану, изменяет уравнение движения?

Я беру этот лагранжиан:

л "=" л 0 + α ф ( ф , мю ф ) .

В этой теме Имеет ли значение для уравнений поля дополнительный член с четырьмя расхождениями в лагранжевой плотности? , говорят, что любой член 4-дивергенции, добавленный к лагранжиану, не изменяет уравнение движения.

В моем примере я добавляю α ф ( ф , мю ф ) к л 0 (это не 4-дивергенция, но механика точно такая же). И я замечаю, что оно может изменить уравнение движения, если ф содержит производные по времени от ф . Так что я не понимаю.

Я записываю бесконечно малую вариацию действия в л :

дельта С "=" д 4 Икс   дельта л ,

дельта С "=" д 4 Икс   [ л 0 ф дельта ф + л 0 ( мю ф ) дельта ( мю ф ) + α [ ф ф дельта ф + ф ( мю ф ) дельта ( мю ф ) ]   ] .

Как обычно, я знаю, что: дельта ( мю ф ) "=" мю дельта ( ф ) . Таким образом, я могу интегрировать по частям:

дельта С "=" д 4 Икс   [ л 0 ф мю л 0 ( мю ф ) ) дельта ф + д 4 Икс   мю [ л 0 ( мю ф ) дельта ф ] + д 4 Икс   α [ ф ф дельта ф + ф ( мю ф ) дельта ( мю ф ) ] .

У нас есть:

д 4 Икс   мю [ л 0 ( мю ф ) дельта ф ] "=" д 3 Икс   [ л 0 ( мю ф ) дельта ф ] Икс я Икс я + "=" 0.

Действительно, дельта ф "=" 0 на границах по гипотезе ( Икс я + "=" + для пространственных координат и т ф На время).

У нас также есть:

д 4 Икс   α [ ф ф дельта ф + ф ( мю ф ) дельта ( мю ф ) ] "=" д 3 Икс   [ ф ф дельта ф + ф ( мю ф ) дельта ( мю ф ) ] Икс я Икс я + "=" д 3 Икс   [ ф ( мю ф ) дельта ( мю ф ) ] Икс я Икс я + .

**А вот и моя проблема**.

Факт дельта ф ( Икс я + ) "=" дельта ф ( Икс я ) "=" 0 не означает, что мю дельта ф ( Икс я + ) "=" мю дельта ф ( Икс я ) "=" 0 .

Точнее, это могло бы быть правдой, если бы Икс я + "=" Икс я "=" + (*) но если я возьму временные координаты, у меня Икс я + "=" т ф . Так что это как минимум не верно для мю "=" т .

Таким образом, дополнительный член α ф ( ф , мю ф ) изменяет экстремальность действия. Таким образом, у меня не будет того же уравнения движения.

Но в этой теме: имеет ли значение дополнительный член с четырьмя расхождениями в лагранжевой плотности для уравнений поля? в книге автора сказано, что любые четыре расхождения не влияют на уравнение движения.

Но мы видели здесь (если я не ошибся, что совсем не уверен), что если дополнительный член является полной производной, которая содержит производные поля по времени, он может изменить уравнения движения.

Где я не прав?


(*): это правда, потому что мы спрашиваем ф стремиться к нулю на бесконечности, поэтому мы допускаем только вариации ф которые исчезают в бесконечности (иначе мы получили бы ф + дельта ф не интегрируемый). И в качестве ( Икс , у , г ) дельта ф ( Икс , у , г , т ) идет к 0 на бесконечности также и все его производные.

Комментарий к посту (v2): Обратите внимание, что проблема с зависимостью от производных в fф Функция в принципе одинакова в случае точечной механики и в случае теории поля. В частности, вывод должен быть одинаковым, а не противоположным.
Второстепенный момент: нам нужен верхний αα указатель на fф . Кроме того, тт зависимость fф вообще это хИкс зависимость.
Для хИкс зависимость Я согласен ( x , t )( х , т ) в самом общем случае. Но я не понимаю, зачем тебе верхняя αα ? Кстати, я читаю соответствующий пост.
@Qmechanic: я читал соответствующие темы. В том, что касается скалярного лагранжиана, я понял, что могу добавить функцию ( d / d t ) [ f ( q , ˙ q , t ) ]( д/ дт ) [ ж( q,д˙, т ) ] к моему лагранжиану, и это не изменит уравнений движения, если у меня также будут граничные условия на ˙ qд˙ (потому что в доказательстве нам нужно интегрировать по частям и, чтобы избежать поверхностного члена, нам нужны граничные условия). Таким образом, тот же самый аргумент применим к теории поля. У меня мог бы быть дополнительный член α f ( ϕ , μ ϕ , x )αф( ф ,мюф , х ) , но чтобы моя проблема исходила из вариационного принципа, мне понадобилось бы граничное условие на...
... α ϕαф . Хорошо. Но я не понимаю другую тему. В этом 4-дивергенция содержит ток, который имеет производную от поля. Таким образом, мне понадобилось бы граничное условие всех термов µ A µмюАмю сделать его исходящим из вариационного принципа и, таким образом, физически действительным. Но зачем нам такие граничные условия для производной поля?? И я не понимаю, почему автор акцентировал внимание на 00 , такая же проблема со всеми iя ?? Спасибо
Я много редактировал свой пост, чтобы прояснить свои вопросы после прочтения связанных тем.
В вашем примере с теорией поля граничным условием будет просто то, что поле стремится к нулю в бесконечности. Таким образом, интеграл от второго члена дает ровно ноль. Это отличается от условий классической механики, где у вас есть f ( q , t 1 ) f ( q , t 0 )ф( q,т1) - ф( q,т0) .
С тем, что вы сказали, я думаю, что понимаю, почему автор связанного поста сосредоточился на производных по времени поля. Это потому, что моя производная поля не может быть 00 в т ятя и т фтф (это отличается от пространственных координат, где мы интегрируем по R 3 ) . Но при этом остается проблема в общем случае с током, зависящим от производных поля по времени ?
Для скалярного поля с лагранжевой плотностью L = 1  2μϕμϕV(ϕ)  , достаточно наложить BC Дирихле на границу (возможно, компактифицированного) пространства-времени.
Комментарий к сообщению (v3): Рассмотрим определение j µ в названии.
Я согласен, что для приведенного вами лагранжиана Дирихле BC достаточно. Но если у меня есть такой термин, как L = L 0 + μ ( ϕ ν ν ϕ μ ) (например) я не уверен, что ВС Дирихле будет достаточно для инварианта действия, потому что он имеет производную поля по времени, и мы не интегрируем время на R . Цитата из книги, на которую ссылается пост, допускает такой термин. Вот этого я не понимаю. j мк есть 4-поток внутри моей 4-дивергенции.
Действие также интегрировано во времени. j мк обычно называется f µ не путать, скажем, с нётеровым током.
Да, но производные поля не обязательно равны 0 в т я и т ф напротив они равны 0 в x уходит в бесконечность например.
@ user3183950, можете ли вы дать ссылку на «пост», «другую тему» ​​и т. д.? Трудно понять без контекста.
Я снова полностью отредактировал пост. Если вы читали это, я думаю, что теперь это намного яснее

Ответы (2)

Правильное утверждение состоит в том, что граничный член (BT) в действии (или, что то же самое, член полного расхождения в лагранжевой плотности) не меняет функциональную / вариационную производную, если существуют как старая, так и новая функциональные производные. Обратите внимание на важное слово if в предыдущем предложении: Это не исключает возможности того, что функционал/вариация не существует.

Для существования функциональных производных необходимо наложить адекватные граничные условия (ГУ). Граничный/полный член дивергенции может изменить адекватный набор BC.

В примере OP он правильно заметил, что BC Дирихле недостаточно, чтобы удалить BT в варианте.

Подводя итог: OP не показал, что существуют 2 разных набора уравнений Эйлера-Лагранжа, ср. заглавный вопрос (v6). Только то, что некоторые варианты BT и BC могут сделать вариационную задачу нечеткой.

О точечном механическом случае см. также этот пост Phys.SE. Случай теории поля является прямым обобщением.

Извините за мой поздний комментарий, но подведем итог, если я правильно понял, добавить некоторые зависимости от производной поля в В мю подразумевает, что я должен изменить свои граничные условия. Таким образом, когда автор книги сказал о 4-дивергенции мю В мю не меняет уравнение движения, если у меня есть только BC на поле, функция в члене с 4 делениями должна содержать только ф . Если я теперь добавлю BC к производным от ф , я могу иметь производные от ф в термине 4-дивергенции. Я прав ? Просто чтобы быть уверенным
Что касается существования функциональных производных: да. Но могут быть и другие проблемы: система со всеми BC теперь может быть чрезмерно ограничена, так что EL eqs. не имеют решений.

На границе, дельта ф ( Икс ) "=" 0 дельта ( мю ф ( Икс ) ) "=" 0 .

Думайте с точки зрения одномерного вариационного принципа. В этом случае находят эквивалентность дельта ф ( Икс ) "=" дельта ( ф ˙ ( Икс ) д т ) "=" дельта ( ф ˙ ( Икс ) ) д т . Таким образом, когда человек принимает дельта ф ( Икс ) "=" 0 на границе сразу получаем дельта ( ф ˙ ( Икс ) ) "=" 0 также.

Это верно для любого вариационного принципа с заданным граничным условием в любом измерении. Надеюсь, это разрешит ваше замешательство.

Я не уверен, что следую этому. Это похоже на утверждение, что если д ф д Икс равен нулю в какой-то момент Икс "=" а , то обязательно д 2   ф д Икс 2 "=" д д Икс ( д ф д Икс ) "=" д д Икс ( 0 ) "=" 0 в таком случае. Что конечно не правильно.