«Вывод» калибровочного условия Лоренца из лагранжиана

Я изучаю КТП с Мандлом и Шоу, квантовую теорию поля и столкнулся с проблемой 2.3 (стр. 37 во втором издании), в которой говорится:

Задача 2.3. Показать, что плотность лагранжиана

л "=" 1 2 [ α ф β ( Икс ) ] [ α ф β ( Икс ) ] + 1 2 [ α ф α ( Икс ) ] [ β ф β ( Икс ) ] + мю 2 2 ф α ( Икс ) ф α ( Икс )

для вещественного векторного поля ф α ( Икс ) приводит к уравнениям поля

[ г α β ( + мю 2 ) α β ] ф β ( Икс ) "=" 0

и что поле ф α ( Икс ) удовлетворяет условию Лоренца

α ф α ( Икс ) "=" 0.

Я сделал первую часть, но не уверен, как подойти ко второй части --- вывести условие калибровки Лоренца. Теперь я знаю, как получить оба результата.

Однако, почему/как это возможно ? Лагранжиан очень похож на лагранжиан Клейна-Гордона для каждой компоненты поля, за исключением второго члена. Однако, если условие Лоренца действительно можно вывести из данного лагранжиана, второй член будет тождественно равен нулю, и лагранжиан полностью сведется к лагранжиану Клейна-Гордона для каждой компоненты. Тогда в чем смысл второго члена в лагранжиане с самого начала? Его вклад в уравнение движения также будет тождественно нулевым, если выполняется условие Лоренца.

Можно ли здесь изучить содержательную физическую интерпретацию?

Что произойдет, если взять производную уравнения поля по α ?
@ gj255 хорошо, вау, это работает. Это было до безобразия просто. Однако я до сих пор не понимаю, что это означает.
вы не можете снова включить eom в лагранжиан, если только поле не является вспомогательным (ср., например, лагранжиан на оболочке исчезает ).
Если бы у вас была теория четырех независимых скалярных полей, удовлетворяющих уравнению Клейна-Гордона, то не было бы связывающего их условия Лоренца. Тот факт, что вы использовали условие Лоренца для сокращения лагранжиана или уравнений движения определенным образом, не означает, что вы можете забыть, что у вас все еще есть условие Лоренца.

Ответы (1)

Как уже отметил @gj255, α получает мю 2 β ф β "=" 0 , что для мю 2 0 отменяется на манометр Лоренца. Подставляя это обратно в уравнение движения, мы получаем ( + мю 2 ) ф α "=" 0 , уравнение Клейна-Гордона, как вы догадались. Другими словами, мы можем думать о нашем единственном уравнении Эйлера-Лагранжа как о двух уравнениях в одном: КГЭ и калибровке Лоренца.

Вы спросили, что это означает физически. Это означает, что, в то время как ф α имеет 4 степеней свободы, калибровка уменьшает это до 3 , число, ожидаемое от массивного спин- 1 частица. (Поэтому функция второго члена, о которой вы спрашивали, состоит в том, чтобы создать это уменьшение степени свободы. Лагранжиан с его удаленным не эквивалентен, потому что мы теряем калибровку Лоренца.)

Вы можете увидеть это в Приложении к Главе I.5 книги А. Зи « Квантовая теория поля в двух словах» , где без предположения о каком-либо лагранжиане он мотивирует калибровку Лоренца уменьшить количество степеней свободы и показывает это + КГЭ эквивалентно вашему уравнению движения. Затем он отмечает, что умножение левой части EOM на ф α 2 дает массивную лагранжеву плотность, которая (с точностью до интегрирования по частям) есть просто массивная лагранжева плотность Максвелла.