Разложение преобразования Лоренца в трехмерном пространстве-времени

В четырехмерном пространстве-времени произвольный элемент Λ е ТАК ( 3 , 1 ) группы Лоренца можно разложить следующим образом:

Λ "=" р ~ Λ Икс ( ψ ) р
где р ~ , р являются пространственные вращения и Λ Икс ( ψ ) является усилением Лоренца в плоскости xt.

Является ли аналогичное разложение в трехмерном пространстве-времени

Λ "=" Λ Икс ( ψ ) р  ?
Я не думаю, что это может быть правдой, поскольку это означало бы, что любое трехмерное преобразование Лоренца может быть описано двумя непрерывными параметрами, но группа Ли ТАК ( 2 , 1 ) имеет размерность 3. С другой стороны, я почти доказал, что приведенное выше тождество выполняется из полярного разложения реальных матриц 2x2 Н "=" О п где Н е  СЛ ( 2 , р ) это двойная обложка ТАК ( 2 , 1 ) , О является ортогональной матрицей 2x2 и п является положительно определенной симметричной матрицей 2x2.

Часть, которую мне не хватает в этом доказательстве, заключается в том, что преобразование Лоренца симметрично тогда и только тогда, когда оно является чисто лоренцевым бустом. Я читал, что это правда, но не знаю, как это доказать.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Размышляя над ответом ZeroTheHero, я понимаю, что то, что я доказывал, используя теорему о полярном разложении, было более общим разложением

Λ "=" р ( α ) Λ н ^ ( ψ )
дано в его ответе. Так что здесь нет противоречия, у него три непрерывных параметра, как и у его группы Ли.

Ответы (1)

Факторизация, которую вы хотите,

Λ "=" р г ( α ) Λ Икс ( ψ ) р г ( γ )
где р г ( α ) представляет собой ротацию в Икс у плоскость под углом α , и Λ Икс является стимулом Икс .

На групповом уровне элементы являются продуктами вращения. р г в Икс у самолет и бусты Λ н ^ в направлении н ^ в Икс у плоскость, поэтому общий элемент тривиально является произведением формы р г ( α ~ ) Λ н ^ ( ψ ) .

Если γ это вращение, которое занимает Икс ^ к н ^ , затем

Λ н ^ ( ψ ) "=" р г 1 ( γ ) Λ Икс ( ψ ) р г ( γ )
так что общий элемент теперь факторизуется как
р г ( α ~ ) р г 1 ( γ ) Λ Икс ( ψ ) р г ( γ ) .
Первые два фактора являются е С О ( 2 ) так что можно объединить в один р г вращение, чтобы наконец получить
р г ( α ) Λ Икс ( ψ ) р г ( γ ) .

Спасибо. Я часто встречал физические аргументы, оправдывающие такое разложение вместо математического доказательства. Как можно строго доказать это разложение?
@NormalsNotFar Надеюсь, то, что я добавил, поможет.