Почему теория лоренц-инвариантна, если лагранжиан лоренц-инвариантен?

Ведь если бы я начал с попытки сделать гамильтониан лоренц-инвариантным, я бы потерпел неудачу. Действительно, гамильтониан является частью ковариантного тензора. Но откуда мне знать, что лагранжиан не является частью такого тензора?

Все лагранжевы формулировки, гамильтоновы формулировки и формулировки скобок Пуассона включают некоторую частную производную по времени в какой-то момент. Ни один из них не является явно лоренц-инвариантным.

Мы знали, что система, описываемая уравнением Клейна-Гордона, является лоренц-инвариантной, но мог ли я построить нелоренц-инвариантный лагранжиан и вывести из него лоренц-инвариантное уравнение движения?

Действие определяется исходя из лагранжиана, а не из гамильтониана. Итак, если вы хотите построить инвариантный набор уравнений, которые выводятся из минимизации действия, лагранжиан должен быть автоматически инвариантным. Это также является основной причиной использования лагранжианов в квантовой теории поля вместо гамильтонианов, как в нерелятивистской квантовой механике.

Ответы (1)

Идти по пути, указанному в заголовке вопроса, легко: условие Эйлера-Лагранжа по своей сути является условием действия - утверждение состоит в том, что классический путь - это путь, для которого действие принимает минимальное значение для пути. Поскольку это утверждение о значении действия, а действие лоренц-инвариантно, то это минимальное значение остается неизменным при преобразовании Лоренца. Следовательно, уравнения движения должны быть лоренц-ковариантными. Ничто из этого не является автоматически истинным в гамильтоновом формализме, где вы явно выполняете преобразование Лежандра, включающее время, и разрушаете очевидную лоренц-инвариантность теории.

Вопрос, который вы задаете в своем заключении, сложнее: для данного лоренц-инвариантного уравнения движения возможно ли построить нелоренц-инвариантный лагранжиан? Тривиальный ответ: «да, вы можете добавить нелоренц-инвариантные граничные условия». Но я не знаю о менее тривиальном случае.

Даже первая часть мне дается не так легко. Преобразование Лоренца изменяет стационарные точки. Однако в силу лоренц-инвариантности лагранжиана класс стационарных точек инвариантен относительно преобразования Лоренца (но не каждая стационарная точка в отдельности). Стационарная точка полностью определяется граничными условиями. Мы говорим, что, поскольку лагранжиан лоренц-инвариантен, стационарная точка, определяемая некоторыми граничными условиями, превращается в другую стационарную точку с соответствующим образом преобразованными граничными условиями.
@ValterMoretti: да, я не говорил, что путь тот же, просто значение действия обязательно одинаково, поэтому Лоренц преобразует решения карты EOM в другие решения EOM.
Но я должен был сказать, что ЭОМ лоренц-ковариантны, а не инвариантны.
Хорошо, я неправильно понял ваш ответ, не волнуйтесь (+1)
@ValterMoretti: вы все равно улучшили мой ответ. :)