Получение всей электродинамики из одного единственного действия

Преамбула

Действие для релятивистской заряженной частицы м и заряжать д двигаясь во внешнем электромагнитном 4-потенциале А мю является

С п [ у ] "=" а б ( м с + д с А мю ( у ) д у мю д с ) д с
где а , б е р 1 , 3 , и у путь частицы в пространстве-времени. От дельта С п "=" 0 получается уравнение Лоренца:
м с д 2 у мю д с 2 "=" д с Ф мю ν д у ν д с
где Ф мю ν "=" мю А ν ν А мю это электромагнитное поле.

Действие на электромагнитное поле, создаваемое 4-точным Дж мю является

С ф [ А ] "=" Σ 1 Σ 2 ( 1 4 Ф мю ν Ф мю ν + А мю Дж мю ) д 4 Икс
где Σ 1 и Σ 2 являются пространственноподобными поверхностями в пространстве-времени. От дельта С ф "=" 0 получают уравнения Максвелла:
мю Ф мю ν "=" Дж ν

Вопрос

Есть ли способ записать одно действие, функционирующее как от пути частицы, так и от электромагнитного 4-потенциала, экстремумы которого равны всем и только А и у которые удовлетворяют уравнениям Лоренца и Максвелла? (В последнем 4-ток следует заменить на Дж мю ( Икс ) "=" д д у мю д с дельта 4 ( Икс у ( с ) ) д с .)

Частичный ответ

В книге Лехнера автор пишет следующее действие:

С [ А , у ] "=" С 1 [ А ] + С 2 [ у ] + С 3 [ А , у ] "=" "=" Σ 1 Σ 2 1 4 Ф мю ν Ф мю ν д 4 Икс а б м с д с Σ 1 Σ 2 А мю Дж мю д 4 Икс
и с тех пор С 2 [ у ] не зависит от А , он замечает, что поле А сводит к минимуму С 1 [ А ] + С 3 [ А , у ] "=" С ф [ А ] тогда и только тогда, когда выполняются уравнения Максвелла. Аналогичным образом, поскольку С 1 [ А ] не зависит от у , путь у сводит к минимуму С 2 [ у ] + С 3 [ А , у ] "=" С п [ у ] если выполняется уравнение Лоренца.

Но таким образом, не исключает ли он возможность того, что А и у может одновременно минимизировать действие, являющееся суммой трех слагаемых?

Ответы (1)

Но таким образом, не исключает ли он возможность того, что А и у может одновременно минимизировать действие, являющееся суммой трех слагаемых?

Нет. Для А и у чтобы быть решением комбинированных уравнений движения, необходимо, чтобы их значения были экстремумом комбинированного действия. Но это равносильно тому, что " дельта С / дельта А "=" 0 когда у фиксируется" и " дельта С / дельта у "=" 0 когда А удерживается фиксированным», и это именно те условия, которые он обрисовывает в общих чертах.

Это немного легче увидеть в контексте многомерного исчисления. Если ф ( Икс , у ) "=" г 1 ( Икс ) + г 2 ( у ) + г 3 ( Икс , у ) , затем ф экстремально при определенном значении Икс и у если и только если

( ф Икс ) у "=" г 1 Икс + ( г 3 Икс ) у "=" 0
и
( ф у ) Икс "=" г 2 у + ( г 3 у ) Икс "=" 0
одновременно. Но эти условия в точности аналогичны условиям, изложенным Лехнером.