Теорема Нётер для более интересных преобразований временной координаты

Согласно Википедии, теорема Нётер (для механики точечной частицы) гласит, что если следующее преобразование является симметрией лагранжиана

т т + ϵ Т

д д + ϵ Вопрос

Тогда сохраняется следующая величина

( л д ˙ д ˙ л ) Т л д ˙ Вопрос

На данный момент мы почти всегда рассматриваем либо Т "=" 1 или Т "=" 0 --- мы могли бы рассмотреть некоторое интересное преобразование пространственной координаты, такое как Вопрос "=" н × д для пространственных вращений, но мы редко рассматриваем какое-нибудь интересное преобразование времени.

Предположим, что наш лагранжиан имеет вид

л "=" 1 2 м д ˙ 2

т.е. простой кинетический лагранжиан. Тогда мы не можем сделать преобразование

т т "=" т + ϵ т "=" ( 1 + ϵ ) т

д д "=" д + ϵ д "=" ( 1 + ϵ ) д

то есть Т "=" т и Вопрос "=" д . Это простейший пример преобразования времени, который я мог придумать, но не тривиальный. Т "=" 1 или Т "=" 0 . Тогда я бы сказал, что наш лагранжиан инвариантен относительно этого преобразования, поскольку

д д д т "=" д д д д д д д т д т д т "=" ( 1 + ϵ ) д д д т ( 1 + ϵ ) 1 "=" д д д т

и так в новых координатах у нас тот же лагранжиан. Затем из выражения вверху этого поста количество

( 1 2 м д ˙ 2 ) т ( м д ˙ ) д

следует сохранить. Однако мы можем тривиально показать, что это не так.

Где моя ошибка?

Связано с ОП: физика.stackexchange.com/q/ 91808
Вывод в Википедии в этом случае не работает. Вы должны вычислить производную относительно масштабирования ты "=" 1 + ϵ действия
я ( ты ) "=" т 1 т 2 л ( ты д ( ты т ) , д ˙ ( ты т ) , ты т ) ты д т
и попытайтесь свести подынтегральную функцию к полной производной. (Один полезный такой д д т ( т л ) .) Важно также отметить, что даже для свободной частицы я ( ты ) 0 когда ты "=" 1 .
я получаю уравнение
д я д ты ( 1 ) "=" [ т л + д л д ˙ ] т 1 т 2 т 1 т 2 д ˙ л д ˙ д т ,
но это примерно так далеко, насколько я могу видеть.
Различные преобразования для доказательства сохранения энергии с помощью теоремы Нётер обсуждаются в моем ответе Phys.SE здесь .

Ответы (1)

Теорема Нётер требует, чтобы действие было инвариантным относительно преобразований, а не лагранжиана. Для преобразований, меняющих меру интегрирования д т это отличается от инвариантного лагранжиана.

Если мы хотим потребовать инвариантности действия

я "=" м д ˙ 2 д т
при преобразовании, которое включает масштабирование времени, правильное преобразование для этого случая будет
т т "=" т + ϵ т , д д "=" д + ϵ д 2 ,
(обратите внимание на фактор 1 / 2 для д , так как мы должны компенсировать только один ( 1 + ϵ ) множитель в действии путем масштабирования д ).

Используя определение википедии для сохраняемой величины Нётер, мы получаем:

А "=" м д ˙ 2 2 т м д ˙ д 2 .
Он явно сохраняется на уравнениях движения д ¨ "=" 0 .