लाग्रंगियन (क्षेत्र सिद्धांत): Difference between revisions
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== अवलोकन == | == अवलोकन == | ||
क्षेत्र सिद्धांत में, स्वतंत्र चर को [[ अंतरिक्ष समय |अंतरिक्ष समय]] {{math|(''x'', ''y'', ''z'', ''t'')}} में घटना से परिवर्तित कर दिया जाता है, या सामान्यतः अभी भी रिमेंनियन मैनिफोल्ड पर बिंदु ''s'' द्वारा होता है। निर्भर चर को | क्षेत्र सिद्धांत में, स्वतंत्र चर को [[ अंतरिक्ष समय |अंतरिक्ष समय]] {{math|(''x'', ''y'', ''z'', ''t'')}} में घटना से परिवर्तित कर दिया जाता है, या सामान्यतः अभी भी रिमेंनियन मैनिफोल्ड पर बिंदु ''s'' द्वारा होता है। निर्भर चर को अंतरिक्ष समय में उस बिंदु पर <math>\varphi (x, y, z, t)</math> क्षेत्र के मान से परिवर्तित कर दिया जाता है, जिससे कि [[गति के समीकरण|गति की समीकरण]] [[क्रिया (भौतिकी)|क्रिया]] सिद्धांत के माध्यम से प्राप्त किए जा सकें, जिसे इस प्रकार लिखा गया है: | ||
<math display="block">\frac{\delta \mathcal{S}}{\delta \varphi_i} = 0,</math> | <math display="block">\frac{\delta \mathcal{S}}{\delta \varphi_i} = 0,</math> | ||
जहां कार्य, <math>\mathcal{S}</math>, आश्रित चरों का [[कार्यात्मक (गणित)|प्रकार्य]] <math>\varphi_i (s) </math> है, उनके व्युत्पन्न और s इस प्रकार हैं: | जहां कार्य, <math>\mathcal{S}</math>, आश्रित चरों का [[कार्यात्मक (गणित)|प्रकार्य]] <math>\varphi_i (s) </math> है, उनके व्युत्पन्न और s इस प्रकार हैं: | ||
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== परिभाषाएँ == | == परिभाषाएँ == | ||
लाग्रंगियन क्षेत्र सिद्धांत में, [[सामान्यीकृत निर्देशांक]] के समारोह के रूप में लाग्रंगियन को लाग्रंगियन घनत्व द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, प्रणाली में क्षेत्रों का कार्य और उनके डेरिवेटिव, और संभवतः अंतरिक्ष और समय खुद को निर्देशित करता है। क्षेत्रसिद्धांत में, स्वतंत्र चर टी को | लाग्रंगियन क्षेत्र सिद्धांत में, [[सामान्यीकृत निर्देशांक]] के समारोह के रूप में लाग्रंगियन को लाग्रंगियन घनत्व द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, प्रणाली में क्षेत्रों का कार्य और उनके डेरिवेटिव, और संभवतः अंतरिक्ष और समय खुद को निर्देशित करता है। क्षेत्रसिद्धांत में, स्वतंत्र चर टी को अंतरिक्ष समयमें घटना से बदल दिया जाता है {{math|(''x'', ''y'', ''z'', ''t'')}} या इससे भी अधिक सामान्यतः कई गुना पर बिंदु एस द्वारा। | ||
प्रायः, लाग्रंगियन घनत्व को केवल लाग्रंगियन के रूप में संदर्भित किया जाता है। | प्रायः, लाग्रंगियन घनत्व को केवल लाग्रंगियन के रूप में संदर्भित किया जाता है। | ||
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लाग्रंगियन के [[समय अभिन्न]] को क्रिया (भौतिकी) कहा जाता है जिसे निरूपित किया जाता है {{math|''S''}}. क्षेत्र सिद्धांत में लैग्रैंगियन के मध्य कभी-कभी अंतर किया जाता है {{math|''L''}}, जिसका समय अभिन्न क्रिया है | लाग्रंगियन के [[समय अभिन्न]] को क्रिया (भौतिकी) कहा जाता है जिसे निरूपित किया जाता है {{math|''S''}}. क्षेत्र सिद्धांत में लैग्रैंगियन के मध्य कभी-कभी अंतर किया जाता है {{math|''L''}}, जिसका समय अभिन्न क्रिया है | ||
<math display="block">\mathcal{S} = \int L \, \mathrm{d}t \,,</math> | <math display="block">\mathcal{S} = \int L \, \mathrm{d}t \,,</math> | ||
और लाग्रंगियन घनत्व <math>\mathcal{L}</math>, जो क्रिया प्राप्त करने के लिए सभी | और लाग्रंगियन घनत्व <math>\mathcal{L}</math>, जो क्रिया प्राप्त करने के लिए सभी अंतरिक्ष समयको एकीकृत करता है: | ||
<math display="block">\mathcal{S} [\varphi] = \int \mathcal{L} (\varphi,\boldsymbol{\nabla}\varphi,\partial\varphi/\partial t , \mathbf{x},t) \, \mathrm{d}^3 \mathbf{x} \, \mathrm{d}t .</math> | <math display="block">\mathcal{S} [\varphi] = \int \mathcal{L} (\varphi,\boldsymbol{\nabla}\varphi,\partial\varphi/\partial t , \mathbf{x},t) \, \mathrm{d}^3 \mathbf{x} \, \mathrm{d}t .</math> | ||
लाग्रंगियन घनत्व का स्थानिक आयतन अभिन्न अंग लाग्रंगियन है; 3डी में, | लाग्रंगियन घनत्व का स्थानिक आयतन अभिन्न अंग लाग्रंगियन है; 3डी में, | ||
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=== मात्रा रूप === | === मात्रा रूप === | ||
गुरुत्वाकर्षण की उपस्थिति में या सामान्य घुमावदार निर्देशांक का उपयोग करते समय, लैग्रैंगियन घनत्व <math>\mathcal{L}</math> का कारक सम्मिलित होगा <math display="inline">\sqrt{g}</math>. यह सुनिश्चित करता है कि क्रिया सामान्य समन्वय परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय है। गणितीय साहित्य में, | गुरुत्वाकर्षण की उपस्थिति में या सामान्य घुमावदार निर्देशांक का उपयोग करते समय, लैग्रैंगियन घनत्व <math>\mathcal{L}</math> का कारक सम्मिलित होगा <math display="inline">\sqrt{g}</math>. यह सुनिश्चित करता है कि क्रिया सामान्य समन्वय परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय है। गणितीय साहित्य में, अंतरिक्ष समयको रीमैनियन मैनिफोल्ड के रूप में लिया जाता है <math>M</math> और अभिन्न तब मात्रा रूप बन जाता है | ||
<math display="block">\mathcal{S}=\int_M \sqrt{|g|} dx^1\wedge\cdots\wedge dx^m \mathcal{L}</math> | <math display="block">\mathcal{S}=\int_M \sqrt{|g|} dx^1\wedge\cdots\wedge dx^m \mathcal{L}</math> | ||
यहां ही <math>\wedge</math> [[कील उत्पाद]] है और <math display="inline">\sqrt{|g|}</math> निर्धारक का वर्गमूल है <math>|g|</math> [[मीट्रिक टेंसर]] का <math>g</math> पर <math>M</math>. फ्लैट | यहां ही <math>\wedge</math> [[कील उत्पाद]] है और <math display="inline">\sqrt{|g|}</math> निर्धारक का वर्गमूल है <math>|g|</math> [[मीट्रिक टेंसर]] का <math>g</math> पर <math>M</math>. फ्लैट अंतरिक्ष समय(उदाहरण के लिए, [[मिन्कोव्स्की स्पेसटाइम]]) के लिए, यूनिट वॉल्यूम है, अर्थात । <math display="inline">\sqrt{|g|}=1</math> और इसलिए फ्लैट अंतरिक्ष समयमें क्षेत्र सिद्धांत पर चर्चा करते समय इसे सामान्यतःछोड़ दिया जाता है। इसी तरह, कील-उत्पाद प्रतीकों का उपयोग बहुभिन्नरूपी कलन में आयतन की सामान्य अवधारणा पर कोई अतिरिक्त अंतर्दृष्टि प्रदान नहीं करता है, और इसलिए इन्हें इसी तरह हटा दिया जाता है। कुछ पुरानी पाठ्यपुस्तकें, उदाहरण के लिए, लांडौ और लाइफशिट्ज लिखती हैं <math display="inline">\sqrt{-g}</math> वॉल्यूम फॉर्म के लिए, चूंकि हस्ताक्षर (+−−−) या (−+++) के साथ मीट्रिक टेन्सर के लिए माइनस साइन उपयुक्त है (चूंकि निर्धारक नकारात्मक है, किसी भी मामले में)। सामान्य रीमैनियन मैनिफोल्ड्स पर क्षेत्र सिद्धांत पर चर्चा करते समय, वॉल्यूम फॉर्म सामान्यतः संक्षिप्त संकेतन में लिखा जाता है <math>*(1)</math> कहाँ <math>*</math> [[हॉज स्टार]] है। वह है, | ||
<math display="block">*(1) = \sqrt{|g|} dx^1\wedge\cdots\wedge dx^m</math> | <math display="block">*(1) = \sqrt{|g|} dx^1\wedge\cdots\wedge dx^m</math> | ||
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<math display="block">L_\mu=U^{-1}\partial_\mu U </math> | <math display="block">L_\mu=U^{-1}\partial_\mu U </math> | ||
और <math>U \in \mathrm{SU}(N)</math>, झूठ समूह एसयू (एन)। इस समूह को किसी भी लाइ समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, या अधिक सामान्य रूप से, [[सममित स्थान]] द्वारा। निशान छुपाने में बस हत्या का रूप है; [[ मारक रूप ]] कई गुना क्षेत्र पर द्विघात रूप प्रदान करता है, लैग्रैंगियन तब इस फॉर्म का पुलबैक है। वैकल्पिक रूप से, लाग्रंगियन को मौरर-कार्टन फॉर्म के आधार | और <math>U \in \mathrm{SU}(N)</math>, झूठ समूह एसयू (एन)। इस समूह को किसी भी लाइ समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, या अधिक सामान्य रूप से, [[सममित स्थान]] द्वारा। निशान छुपाने में बस हत्या का रूप है; [[ मारक रूप ]] कई गुना क्षेत्र पर द्विघात रूप प्रदान करता है, लैग्रैंगियन तब इस फॉर्म का पुलबैक है। वैकल्पिक रूप से, लाग्रंगियन को मौरर-कार्टन फॉर्म के आधार अंतरिक्ष समयके पुलबैक के रूप में भी देखा जा सकता है। | ||
सामान्यतः, सिग्मा मॉडल सामयिक सॉलिटॉन समाधान प्रदर्शित करते हैं। इनमें से सबसे प्रसिद्ध और अच्छी तरह से अध्ययन किया गया [[स्किर्मियन]] है, जो समय की कसौटी पर खरा उतरने वाले [[न्यूक्लियॉन]] के मॉडल के रूप में कार्य करता है। | सामान्यतः, सिग्मा मॉडल सामयिक सॉलिटॉन समाधान प्रदर्शित करते हैं। इनमें से सबसे प्रसिद्ध और अच्छी तरह से अध्ययन किया गया [[स्किर्मियन]] है, जो समय की कसौटी पर खरा उतरने वाले [[न्यूक्लियॉन]] के मॉडल के रूप में कार्य करता है। | ||
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क्योंकि {{math|'''F'''}} [[सटीक रूप]] है। | क्योंकि {{math|'''F'''}} [[सटीक रूप]] है। | ||
A फ़ील्ड को [[U(1)]]-फाइबर बंडल पर [[affine कनेक्शन]] के रूप में समझा जा सकता है। अर्थात्, क्लासिकल विद्युतगतिकी, इसके सभी प्रभाव और समीकरण, मिन्कोवस्की | A फ़ील्ड को [[U(1)]]-फाइबर बंडल पर [[affine कनेक्शन]] के रूप में समझा जा सकता है। अर्थात्, क्लासिकल विद्युतगतिकी, इसके सभी प्रभाव और समीकरण, मिन्कोवस्की अंतरिक्ष समयपर वृत्त बंडल के रूप में ''प्रत्येक प्रकार से'' समझे जा सकते हैं। | ||
यांग-मिल्स समीकरणों को ठीक उसी रूप में लिखा जा सकता है जैसा ऊपर दिया गया है, विद्युत चुंबकत्व के लाई समूह यू (1) को मनमाने ढंग से लाई समूह द्वारा प्रतिस्थापित करके। [[मानक मॉडल]] में, इसे पारंपरिक रूप से लिया जाता है <math>\mathrm{SU}(3) \times \mathrm{SU}(2) \times \mathrm{U}(1)</math> हालांकि सामान्य मामला सामान्य हित का है। सभी मामलों में, किसी भी मात्रा का प्रदर्शन करने की कोई आवश्यकता नहीं है। यद्यपि यांग-मिल्स समीकरण ऐतिहासिक रूप से क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में निहित हैं, उपरोक्त समीकरण विशुद्ध रूप से शास्त्रीय हैं।<ref name="Bleecker"/><ref name= "jost"/> | यांग-मिल्स समीकरणों को ठीक उसी रूप में लिखा जा सकता है जैसा ऊपर दिया गया है, विद्युत चुंबकत्व के लाई समूह यू (1) को मनमाने ढंग से लाई समूह द्वारा प्रतिस्थापित करके। [[मानक मॉडल]] में, इसे पारंपरिक रूप से लिया जाता है <math>\mathrm{SU}(3) \times \mathrm{SU}(2) \times \mathrm{U}(1)</math> हालांकि सामान्य मामला सामान्य हित का है। सभी मामलों में, किसी भी मात्रा का प्रदर्शन करने की कोई आवश्यकता नहीं है। यद्यपि यांग-मिल्स समीकरण ऐतिहासिक रूप से क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में निहित हैं, उपरोक्त समीकरण विशुद्ध रूप से शास्त्रीय हैं।<ref name="Bleecker"/><ref name= "jost"/> | ||
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डायराक क्षेत्र के लिए लैग्रैन्जियन घनत्व है:<ref>Itzykson-Zuber, eq. 3-152</ref> | डायराक क्षेत्र के लिए लैग्रैन्जियन घनत्व है:<ref>Itzykson-Zuber, eq. 3-152</ref> | ||
<math display="block">\mathcal{L} = \bar \psi ( i \hbar c {\partial}\!\!\!/\ - mc^2) \psi</math> | <math display="block">\mathcal{L} = \bar \psi ( i \hbar c {\partial}\!\!\!/\ - mc^2) \psi</math> | ||
कहाँ <math>\psi </math> [[डिराक स्पिनर]] है, <math>\bar \psi = \psi^\dagger \gamma^0</math> इसका डायराक आसन्न है, और <math>{\partial}\!\!\!/</math> के लिए [[फेनमैन स्लैश नोटेशन]] है <math>\gamma^\sigma \partial_\sigma</math>. शास्त्रीय सिद्धांत में डायराक स्पिनरों पर ध्यान केंद्रित करने की कोई विशेष आवश्यकता नहीं है। [[वेइल स्पिनर]] अधिक सामान्य आधार प्रदान करते हैं; वे | कहाँ <math>\psi </math> [[डिराक स्पिनर]] है, <math>\bar \psi = \psi^\dagger \gamma^0</math> इसका डायराक आसन्न है, और <math>{\partial}\!\!\!/</math> के लिए [[फेनमैन स्लैश नोटेशन]] है <math>\gamma^\sigma \partial_\sigma</math>. शास्त्रीय सिद्धांत में डायराक स्पिनरों पर ध्यान केंद्रित करने की कोई विशेष आवश्यकता नहीं है। [[वेइल स्पिनर]] अधिक सामान्य आधार प्रदान करते हैं; वे अंतरिक्ष समयके [[क्लिफर्ड बीजगणित]] से सीधे निर्मित किए जा सकते हैं; निर्माण किसी भी आयाम में काम करता है,<ref name="jost"/>और डिराक स्पिनर विशेष मामले के रूप में दिखाई देते हैं। वेइल स्पिनरों के पास अतिरिक्त लाभ है कि वे रिमेंनियन मैनिफोल्ड पर मीट्रिक के लिए विएलबीन में उपयोग किए जा सकते हैं; यह [[स्पिन संरचना]] की अवधारणा को सक्षम बनाता है, जो मोटे तौर पर बोल रहा है, घुमावदार अंतरिक्ष समयमें लगातार स्पिनरों को तैयार करने का तरीका है। | ||
=== क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक लैग्रेंजियन === | === क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक लैग्रेंजियन === | ||
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पदार्थ क्षेत्रों की उपस्थिति में सामान्य सापेक्षता के लिए लैग्रेंज घनत्व है | पदार्थ क्षेत्रों की उपस्थिति में सामान्य सापेक्षता के लिए लैग्रेंज घनत्व है | ||
<math display="block">\mathcal{L}_\text{GR} = \mathcal{L}_\text{EH}+\mathcal{L}_\text{matter} = \frac{c^4}{16\pi G} \left(R-2\Lambda\right) + \mathcal{L}_\text{matter}</math> | <math display="block">\mathcal{L}_\text{GR} = \mathcal{L}_\text{EH}+\mathcal{L}_\text{matter} = \frac{c^4}{16\pi G} \left(R-2\Lambda\right) + \mathcal{L}_\text{matter}</math> | ||
कहाँ <math>\Lambda</math> [[ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक]] है, <math>R</math> [[वक्रता अदिश]] राशि है, जो मीट्रिक टेन्सर के साथ अनुबंधित [[रिक्की टेंसर]] है, और रिक्की टेन्सर [[क्रोनकर डेल्टा]] के साथ अनुबंधित [[रीमैन टेंसर]] है। का अभिन्न अंग <math> \mathcal{L}_\text{EH}</math> आइंस्टीन-हिल्बर्ट क्रिया के रूप में जाना जाता है। रीमैन टेंसर [[ज्वारीय बल]] टेंसर है, और क्रिस्टोफेल प्रतीकों और क्रिस्टोफेल प्रतीकों के डेरिवेटिव्स से बना है, जो | कहाँ <math>\Lambda</math> [[ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक]] है, <math>R</math> [[वक्रता अदिश]] राशि है, जो मीट्रिक टेन्सर के साथ अनुबंधित [[रिक्की टेंसर]] है, और रिक्की टेन्सर [[क्रोनकर डेल्टा]] के साथ अनुबंधित [[रीमैन टेंसर]] है। का अभिन्न अंग <math> \mathcal{L}_\text{EH}</math> आइंस्टीन-हिल्बर्ट क्रिया के रूप में जाना जाता है। रीमैन टेंसर [[ज्वारीय बल]] टेंसर है, और क्रिस्टोफेल प्रतीकों और क्रिस्टोफेल प्रतीकों के डेरिवेटिव्स से बना है, जो अंतरिक्ष समयपर [[मीट्रिक कनेक्शन]] को परिभाषित करता है। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को ऐतिहासिक रूप से मीट्रिक टेन्सर के रूप में वर्णित किया गया था; आधुनिक दृष्टिकोण यह है कि संबंध अधिक मौलिक है। यह इस समझ के कारण है कि कोई गैर-शून्य मरोड़ वाले टेंसर के साथ कनेक्शन लिख सकता है। ये ज्यामिति में सा बदलाव किए बिना मीट्रिक को बदल देते हैं। जहां तक गुरुत्वाकर्षण की वास्तविक दिशा का सवाल है (उदाहरण के लिए पृथ्वी की सतह पर, यह नीचे की ओर इशारा करता है), यह रीमैन टेन्सर से आता है: यह वह चीज है जो गुरुत्वाकर्षण बल क्षेत्र का वर्णन करती है जो गतिमान पिंड महसूस करते हैं और प्रतिक्रिया करते हैं। (यह अंतिम कथन योग्य होना चाहिए: कोई बल क्षेत्र नहीं है; गतिमान पिंड कनेक्शन द्वारा वर्णित कई गुना पर [[ geodesics ]] का अनुसरण करते हैं। वे [[समानांतर परिवहन]] में चलते हैं।) | ||
सामान्य सापेक्षता के लिए लाग्रंगियन को ऐसे रूप में भी लिखा जा सकता है जो इसे स्पष्ट रूप से यांग-मिल्स समीकरणों के समान बनाता है। इसे आइंस्टीन-यांग-मिल्स क्रिया सिद्धांत कहा जाता है। यह इस बात पर ध्यान देकर किया जाता है कि अधिकांश डिफरेंशियल ज्योमेट्री बंडलों पर एफ़िन कनेक्शन और मनमाने ढंग से लेट ग्रुप के साथ ठीक काम करती है। फिर, उस समरूपता समूह के लिए SO(3,1) में प्लगिंग, अर्थात [[फ्रेम क्षेत्र]] के लिए, उपरोक्त समीकरण प्राप्त करता है।<ref name="Bleecker"/><ref name="jost"/> | सामान्य सापेक्षता के लिए लाग्रंगियन को ऐसे रूप में भी लिखा जा सकता है जो इसे स्पष्ट रूप से यांग-मिल्स समीकरणों के समान बनाता है। इसे आइंस्टीन-यांग-मिल्स क्रिया सिद्धांत कहा जाता है। यह इस बात पर ध्यान देकर किया जाता है कि अधिकांश डिफरेंशियल ज्योमेट्री बंडलों पर एफ़िन कनेक्शन और मनमाने ढंग से लेट ग्रुप के साथ ठीक काम करती है। फिर, उस समरूपता समूह के लिए SO(3,1) में प्लगिंग, अर्थात [[फ्रेम क्षेत्र]] के लिए, उपरोक्त समीकरण प्राप्त करता है।<ref name="Bleecker"/><ref name="jost"/> | ||
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<math>T_{\mu\nu}</math> ऊर्जा संवेग टेन्सर है और इसके द्वारा परिभाषित किया गया है | <math>T_{\mu\nu}</math> ऊर्जा संवेग टेन्सर है और इसके द्वारा परिभाषित किया गया है | ||
<math display="block">T_{\mu\nu} \equiv \frac{-2}{\sqrt{-g}}\frac{\delta (\mathcal{L}_{\mathrm{matter}} \sqrt{-g}) }{\delta g^{\mu\nu}} = -2 \frac{\delta \mathcal{L}_\mathrm{matter}}{\delta g^{\mu\nu}} + g_{\mu\nu} \mathcal{L}_\mathrm{matter}\,.</math> | <math display="block">T_{\mu\nu} \equiv \frac{-2}{\sqrt{-g}}\frac{\delta (\mathcal{L}_{\mathrm{matter}} \sqrt{-g}) }{\delta g^{\mu\nu}} = -2 \frac{\delta \mathcal{L}_\mathrm{matter}}{\delta g^{\mu\nu}} + g_{\mu\nu} \mathcal{L}_\mathrm{matter}\,.</math> | ||
कहाँ <math>g</math> मैट्रिक्स के रूप में माने जाने पर मीट्रिक टेंसर का निर्धारक होता है। सामान्यतः, सामान्य सापेक्षता में लैग्रेंज घनत्व की क्रिया का समाकलन माप है <math display="inline">\sqrt{-g}\,d^4x </math>. यह अभिन्न समन्वय को स्वतंत्र बनाता है, क्योंकि मीट्रिक निर्धारक की जड़ [[जैकबियन निर्धारक]] के बराबर होती है। माइनस साइन मेट्रिक सिग्नेचर का परिणाम है (निर्धारक अपने आप में नेगेटिव है)।<ref name="zee">{{cite book|last1=Zee|first1=Anthony |title=संक्षेप में आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण|url=https://archive.org/details/einsteingravityn00zeea|url-access=limited|date=2013 |publisher=Princeton University Press|location=Princeton|isbn=9780691145587|pages=[https://archive.org/details/einsteingravityn00zeea/page/n366 344]–390}}</ref> यह पहले चर्चा किए गए वॉल्यूम फॉर्म का उदाहरण है, जो नॉन-फ्लैट | कहाँ <math>g</math> मैट्रिक्स के रूप में माने जाने पर मीट्रिक टेंसर का निर्धारक होता है। सामान्यतः, सामान्य सापेक्षता में लैग्रेंज घनत्व की क्रिया का समाकलन माप है <math display="inline">\sqrt{-g}\,d^4x </math>. यह अभिन्न समन्वय को स्वतंत्र बनाता है, क्योंकि मीट्रिक निर्धारक की जड़ [[जैकबियन निर्धारक]] के बराबर होती है। माइनस साइन मेट्रिक सिग्नेचर का परिणाम है (निर्धारक अपने आप में नेगेटिव है)।<ref name="zee">{{cite book|last1=Zee|first1=Anthony |title=संक्षेप में आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण|url=https://archive.org/details/einsteingravityn00zeea|url-access=limited|date=2013 |publisher=Princeton University Press|location=Princeton|isbn=9780691145587|pages=[https://archive.org/details/einsteingravityn00zeea/page/n366 344]–390}}</ref> यह पहले चर्चा किए गए वॉल्यूम फॉर्म का उदाहरण है, जो नॉन-फ्लैट अंतरिक्ष समयमें प्रकट होता है। | ||
=== सामान्य सापेक्षता में विद्युत चुंबकत्व === | === सामान्य सापेक्षता में विद्युत चुंबकत्व === | ||
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=== अतिरिक्त उदाहरण === | === अतिरिक्त उदाहरण === | ||
* बीएफ प्रारूप लाग्रंगियन, पृष्ठभूमि क्षेत्र के लिए संक्षिप्त है, फ्लैट | * बीएफ प्रारूप लाग्रंगियन, पृष्ठभूमि क्षेत्र के लिए संक्षिप्त है, फ्लैट अंतरिक्ष समय मैनिफोल्ड पर लिखे जाने पर नगण्य गतिकी के साथ प्रणाली का वर्णन करता है। स्थैतिक रूप से गैर-नगण्य अंतरिक्ष समय पर, प्रणाली में गैर-नगण्य शास्त्रीय समाधान होंगे, जिन्हें [[सॉलिटन]] या[[ एक पल | इंस्टेंटन]] के रूप में व्याख्या किया जा सकता है। [[सामयिक क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत|संस्थानिक क्षेत्र सिद्धांत]] के लिए नींव बनाने वाले विभिन्न प्रकार के विस्तार उपस्थित हैं। | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == |
Revision as of 13:05, 15 April 2023
लाग्रंगियन क्षेत्र सिद्धांत शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत की औपचारिकता है। यह लाग्रंगियन यांत्रिकी का क्षेत्र-सैद्धांतिक अनुरूप है। लाग्रंगियन यांत्रिकी का उपयोग स्वतंत्रता की डिग्री की सीमित संख्या के साथ असतत कणों की प्रणाली की गति का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। लाग्रंगियन क्षेत्र सिद्धांत निरंतरता और क्षेत्रों पर प्रस्तावित होता है, जिसमें स्वतंत्रता की डिग्री की अनंत संख्या होती है।
क्षेत्रों पर लाग्रंगियन औपचारिकता के विकास के लिए प्रेरणा, सामान्यतः शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत और क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के लिए स्वच्छ गणितीय आधार प्रदान करता है, जो औपचारिक कठिनाइयों से कुख्यात है जो इसे गणितीय सिद्धांत के रूप में अस्वीकार्य बनाता है। यहां प्रस्तुत लैग्रैंगियन उनके क्वांटम समकक्षों के समान हैं, किन्तु, क्षेत्रों को शास्त्रीय क्षेत्रों के रूप में मानने और परिमाणित होने के अतिरिक्त, परिभाषाएं प्रदान कर सकते हैं और आंशिक अंतर समीकरणों के गणित के पारंपरिक औपचारिक दृष्टिकोण के संगत गुणों के साथ समाधान प्राप्त कर सकते हैं। यह सोबोलेव रिक्त स्थान जैसे उचित प्रकार से चित्रित गुणों वाले रिक्त स्थान पर समाधान तत्पर करने में सक्षम बनाता है। यह विभिन्न प्रमेयों को प्रदान करने में सक्षम बनाता है, अस्तित्व के प्रमाण से औपचारिक श्रृंखला के समान अभिसरण से लेकर संभावित सिद्धांत की सामान्य सेटिंग्स तक। इसके अलावा, रीमैनियन कई गुना और फाइबर बंडलों के सामान्यीकरण द्वारा अंतर्दृष्टि और स्पष्टता प्राप्त की जाती है, जिससे ज्यामितीय संरचना को स्पष्ट रूप से समझा जा सकता है और गति के संबंधित समीकरणों से अलग किया जा सकता है। ज्यामितीय संरचना के स्पष्ट दृष्टिकोण ने बदले में ज्यामिति से अत्यधिक अमूर्त प्रमेयों को अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए उपयोग करने की अनुमति दी है, जिसमें चेर्न-गॉस-बोनट प्रमेय और रिमेंन-रोच प्रमेय से अतियाह-सिंगर इंडेक्स प्रमेय और चेर्न-साइमन्स सिद्धांत सम्मिलित हैं। .
अवलोकन
क्षेत्र सिद्धांत में, स्वतंत्र चर को अंतरिक्ष समय (x, y, z, t) में घटना से परिवर्तित कर दिया जाता है, या सामान्यतः अभी भी रिमेंनियन मैनिफोल्ड पर बिंदु s द्वारा होता है। निर्भर चर को अंतरिक्ष समय में उस बिंदु पर क्षेत्र के मान से परिवर्तित कर दिया जाता है, जिससे कि गति की समीकरण क्रिया सिद्धांत के माध्यम से प्राप्त किए जा सकें, जिसे इस प्रकार लिखा गया है:
गणितीय योगों में, फाइबर बंडल पर फ़ंक्शन के रूप में लैग्रैन्जियन को व्यक्त करना आम है, जिसमें फाइबर बंडल पर geodesic ्स को निर्दिष्ट करने के रूप में यूलर-लग्रेंज समीकरणों की व्याख्या की जा सकती है। अब्राहम और मार्सडेन की पाठ्यपुस्तक[1] आधुनिक ज्यामितीय विचारों के संदर्भ में शास्त्रीय यांत्रिकी का पहला व्यापक विवरण प्रदान किया, अर्थात स्पर्शरेखा कई गुना, सहानुभूतिपूर्ण कई गुना और संपर्क ज्यामिति के संदर्भ में। बिलीकर की पाठ्यपुस्तक[2] गेज अपरिवर्तनीय फाइबर बंडलों के संदर्भ में भौतिकी में क्षेत्र सिद्धांतों की व्यापक प्रस्तुति प्रदान की। इस तरह के फॉर्मूलेशन बहुत पहले ज्ञात या संदिग्ध थे। जोस्ट[3] ज्यामितीय प्रस्तुति के साथ जारी है, हैमिल्टनियन और लैग्रैंगियन रूपों के मध्य संबंध को स्पष्ट करते हुए, पहले सिद्धांतों से स्पिन कई गुना का वर्णन करते हुए, आदि। वर्तमान शोध कठोरता (गणित) पर केंद्रित है। टेंसर बीजगणित द्वारा वेक्टर रिक्त स्थान। यह शोध क्वांटम समूहों की अफिन लाइ बीजगणित के रूप में सफलता की समझ से प्रेरित है (झूठ समूह अर्थ में कठोर हैं, क्योंकि वे अपने झूठ बीजगणित द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। जब टेन्सर बीजगणित पर सुधार किया जाता है, तो वे फ्लॉपी हो जाते हैं, स्वतंत्रता की अनंत डिग्री होती है ; उदाहरण के लिए वीरासोरो बीजगणित देखें।)
परिभाषाएँ
लाग्रंगियन क्षेत्र सिद्धांत में, सामान्यीकृत निर्देशांक के समारोह के रूप में लाग्रंगियन को लाग्रंगियन घनत्व द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, प्रणाली में क्षेत्रों का कार्य और उनके डेरिवेटिव, और संभवतः अंतरिक्ष और समय खुद को निर्देशित करता है। क्षेत्रसिद्धांत में, स्वतंत्र चर टी को अंतरिक्ष समयमें घटना से बदल दिया जाता है (x, y, z, t) या इससे भी अधिक सामान्यतः कई गुना पर बिंदु एस द्वारा।
प्रायः, लाग्रंगियन घनत्व को केवल लाग्रंगियन के रूप में संदर्भित किया जाता है।
अदिश क्षेत्र
अदिश क्षेत्र के लिए , लाग्रंगियन घनत्व रूप लेगा:[nb 1][4]
वेक्टर क्षेत्र्स, टेन्सर फ़ील्ड्स, स्पिनर फ़ील्ड्स
उपरोक्त को सदिश क्षेत्रों, टेंसर क्षेत्रों और स्पिनर क्षेत्रों के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है। भौतिकी में, फर्मियन का वर्णन स्पिनर फ़ील्ड्स द्वारा किया जाता है। बोसॉन का वर्णन टेन्सर फ़ील्ड द्वारा किया जाता है, जिसमें विशेष मामलों के रूप में स्केलर और वेक्टर फ़ील्ड सम्मिलित हैं।
उदाहरण के लिए, यदि हैं वास्तविक संख्या-मूल्यवान अदिश क्षेत्र, , तो क्षेत्र कई गुना है . यदि फ़ील्ड वास्तविक वेक्टर फ़ील्ड है, तो फ़ील्ड मैनिफोल्ड समरूप है .
क्रिया
लाग्रंगियन के समय अभिन्न को क्रिया (भौतिकी) कहा जाता है जिसे निरूपित किया जाता है S. क्षेत्र सिद्धांत में लैग्रैंगियन के मध्य कभी-कभी अंतर किया जाता है L, जिसका समय अभिन्न क्रिया है
मात्रा रूप
गुरुत्वाकर्षण की उपस्थिति में या सामान्य घुमावदार निर्देशांक का उपयोग करते समय, लैग्रैंगियन घनत्व का कारक सम्मिलित होगा . यह सुनिश्चित करता है कि क्रिया सामान्य समन्वय परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय है। गणितीय साहित्य में, अंतरिक्ष समयको रीमैनियन मैनिफोल्ड के रूप में लिया जाता है और अभिन्न तब मात्रा रूप बन जाता है
यूलर–लैग्रेंज समीकरण
यूलर-लैग्रेंज समीकरण क्षेत्र के जियोडेसिक प्रवाह का वर्णन करते हैं समय के कार्य के रूप में। के संबंध में कार्यात्मक व्युत्पन्न लेना , प्राप्त करता है
उदाहरण
लैग्रैंजियन्स के संदर्भ में खेतों पर बड़ी संख्या में भौतिक प्रणालियां तैयार की गई हैं। नीचे क्षेत्र सिद्धांत पर भौतिकी की पाठ्यपुस्तकों में पाए जाने वाले कुछ सबसे सामान्य नमूने हैं।
न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण
न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण के लिए लाग्रंगियन घनत्व है:
इस लाग्रंगियन को इस रूप में लिखा जा सकता है , साथ गतिज शब्द प्रदान करना, और अंतःक्रिया संभावित शब्द। समय के साथ परिवर्तनों से निपटने के लिए इसे कैसे संशोधित किया जा सकता है, इसके लिए नॉर्डस्ट्रॉम के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को भी देखें। स्केलर क्षेत्र सिद्धांत के अगले उदाहरण में इस फॉर्म को दोहराया गया है।
के संबंध में अभिन्न की भिन्नता Φ है:
अदिश क्षेत्र सिद्धांत
क्षमता में गतिमान अदिश क्षेत्र के लिए लाग्रंगियन रूप में लिखा जा सकता है
सिग्मा मॉडल Lagrangian
सिग्मा मॉडल स्केलर बिंदु कण की गति का वर्णन करता है जो रिमेंनियन मैनिफोल्ड पर जाने के लिए विवश है, जैसे कि वृत्त या गोला। यह स्केलर और वेक्टर फ़ील्ड्स के मामले को सामान्यीकृत करता है, अर्थात, फ्लैट मैनिफोल्ड पर जाने के लिए विवश फ़ील्ड्स। लाग्रंगियन सामान्यतःतीन समकक्ष रूपों में से में लिखा जाता है:
सामान्यतः, सिग्मा मॉडल सामयिक सॉलिटॉन समाधान प्रदर्शित करते हैं। इनमें से सबसे प्रसिद्ध और अच्छी तरह से अध्ययन किया गया स्किर्मियन है, जो समय की कसौटी पर खरा उतरने वाले न्यूक्लियॉन के मॉडल के रूप में कार्य करता है।
विशेष सापेक्षता में विद्युत चुंबकत्व
बिंदु कण, आवेशित कण पर विचार करें, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया करता है। बातचीत की शर्तें
इसके अतिरिक्त के संबंध में भिन्न , हम पाते हैं
टेन्सर संकेतन का उपयोग करके, हम यह सब अधिक सघन रूप से लिख सकते हैं। शब्द वास्तव में दो चार-सदिशों का आंतरिक उत्पाद है। हम चार्ज घनत्व को वर्तमान चार-वेक्टर में और क्षमता को संभावित 4-वेक्टर में पैकेज करते हैं। ये दो नए वैक्टर हैं
विद्युत चुंबकत्व और यांग-मिल्स समीकरण
विभेदक रूपों का उपयोग करते हुए, (छद्म-) रीमैनियन मैनिफोल्ड पर वैक्यूम में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्शन एस लिखा जा सकता है (प्राकृतिक इकाइयों का उपयोग करके, c = ε0 = 1) जैसा
A फ़ील्ड को U(1)-फाइबर बंडल पर affine कनेक्शन के रूप में समझा जा सकता है। अर्थात्, क्लासिकल विद्युतगतिकी, इसके सभी प्रभाव और समीकरण, मिन्कोवस्की अंतरिक्ष समयपर वृत्त बंडल के रूप में प्रत्येक प्रकार से समझे जा सकते हैं।
यांग-मिल्स समीकरणों को ठीक उसी रूप में लिखा जा सकता है जैसा ऊपर दिया गया है, विद्युत चुंबकत्व के लाई समूह यू (1) को मनमाने ढंग से लाई समूह द्वारा प्रतिस्थापित करके। मानक मॉडल में, इसे पारंपरिक रूप से लिया जाता है हालांकि सामान्य मामला सामान्य हित का है। सभी मामलों में, किसी भी मात्रा का प्रदर्शन करने की कोई आवश्यकता नहीं है। यद्यपि यांग-मिल्स समीकरण ऐतिहासिक रूप से क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में निहित हैं, उपरोक्त समीकरण विशुद्ध रूप से शास्त्रीय हैं।[2][3]
चेर्न-सिमंस कार्यात्मक
उपरोक्त के समान ही, क्रिया को आयाम में कम माना जा सकता है, अर्थात संपर्क ज्यामिति सेटिंग में। यह चेर्न-साइमन्स फॉर्म देता है | चेर्न-साइमन्स कार्यात्मक। के रूप में लिखा गया है
गिंज़बर्ग-लैंडौ लग्रांगियन
गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत के लिए लैग्रैन्जियन घनत्व स्केलर क्षेत्र सिद्धांत के लिए लैग्रैंगियन को यांग-मिल्स क्रिया के लिए लैग्रैन्जियन के साथ जोड़ता है। इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:[7]
डिराक Lagrangian
डायराक क्षेत्र के लिए लैग्रैन्जियन घनत्व है:[8]
क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक लैग्रेंजियन
क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के लिए लैग्रैन्जियन घनत्व डायराक क्षेत्र के लिए लैग्रैन्जियन को गेज-इनवेरिएंट तरीके से इलेक्ट्रोडायनामिक्स के लिए लैग्रैन्जियन के साथ जोड़ता है। यह है:
क्वांटम क्रोमोडायनामिक लैग्रेंजियन
क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के लिए लैग्रैजियन घनत्व या से अधिक बड़े पैमाने पर डायराक स्पिनरों के लिए लैग्रैन्जियन को यांग-मिल्स एक्शन के लिए लैग्रैन्जियन के साथ जोड़ता है, जो गेज क्षेत्र की गतिशीलता का वर्णन करता है; संयुक्त लाग्रंगियन गेज अपरिवर्तनीय है। इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:[9]
आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण
पदार्थ क्षेत्रों की उपस्थिति में सामान्य सापेक्षता के लिए लैग्रेंज घनत्व है
सामान्य सापेक्षता के लिए लाग्रंगियन को ऐसे रूप में भी लिखा जा सकता है जो इसे स्पष्ट रूप से यांग-मिल्स समीकरणों के समान बनाता है। इसे आइंस्टीन-यांग-मिल्स क्रिया सिद्धांत कहा जाता है। यह इस बात पर ध्यान देकर किया जाता है कि अधिकांश डिफरेंशियल ज्योमेट्री बंडलों पर एफ़िन कनेक्शन और मनमाने ढंग से लेट ग्रुप के साथ ठीक काम करती है। फिर, उस समरूपता समूह के लिए SO(3,1) में प्लगिंग, अर्थात फ्रेम क्षेत्र के लिए, उपरोक्त समीकरण प्राप्त करता है।[2][3]
इस लाग्रंगियन को Euler-Lagrange समीकरण में प्रतिस्थापित करना और मेट्रिक टेन्सर लेना क्षेत्र के रूप में, हम आइंस्टीन क्षेत्र समीकरण प्राप्त करते हैं
सामान्य सापेक्षता में विद्युत चुंबकत्व
सामान्य सापेक्षता में विद्युत चुंबकत्व के लैग्रेंज घनत्व में आइंस्टीन-हिल्बर्ट क्रिया भी सम्मिलित है। शुद्ध विद्युत चुम्बकीय लाग्रंगियन वास्तव में लाग्रंगियन स्थिति है:
अतिरिक्त उदाहरण
- बीएफ प्रारूप लाग्रंगियन, पृष्ठभूमि क्षेत्र के लिए संक्षिप्त है, फ्लैट अंतरिक्ष समय मैनिफोल्ड पर लिखे जाने पर नगण्य गतिकी के साथ प्रणाली का वर्णन करता है। स्थैतिक रूप से गैर-नगण्य अंतरिक्ष समय पर, प्रणाली में गैर-नगण्य शास्त्रीय समाधान होंगे, जिन्हें सॉलिटन या इंस्टेंटन के रूप में व्याख्या किया जा सकता है। संस्थानिक क्षेत्र सिद्धांत के लिए नींव बनाने वाले विभिन्न प्रकार के विस्तार उपस्थित हैं।
यह भी देखें
- विविधताओं की गणना
- सहसंयोजक शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत
- यूलर-लैग्रेंज समीकरण
- कार्यात्मक व्युत्पन्न
- कार्यात्मक अभिन्न
- सामान्यीकृत निर्देशांक
- हैमिल्टनियन यांत्रिकी
- हैमिल्टनियन क्षेत्र सिद्धांत
- काइनेटिक शब्द
- लैग्रैंगियन और ऑयलेरियन निर्देशांक
- लैग्रैन्जियन यांत्रिकी
- लैग्रैन्जियन बिंदु
- Lagrangian बिंदु
- नोथेर प्रमेय
- ऑनसेजर-मचलूप फंक्शन
- न्यूनतम क्रिया का सिद्धांत
- स्केलर क्षेत्र सिद्धांत
टिप्पणियाँ
- ↑ It is a standard abuse of notation to abbreviate all the derivatives and coordinates in the Lagrangian density as follows:
see four-gradient. The μ is an index which takes values 0 (for the time coordinate), and 1, 2, 3 (for the spatial coordinates), so strictly only one derivative or coordinate would be present. In general, all the spatial and time derivatives will appear in the Lagrangian density, for example in Cartesian coordinates, the Lagrangian density has the full form:Here we write the same thing, but using ∇ to abbreviate all spatial derivatives as a vector.
उद्धरण
- ↑ Ralph Abraham and Jerrold E. Marsden, (1967) "Foundations of Mechanics"
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 David Bleecker, (1981) "Gauge Theory and Variational Principles" Addison-Wesley
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Jurgen Jost, (1995) "Riemannian Geometry and Geometric Analysis", Springer
- ↑ Mandl, F.; Shaw, G. (2010). "Lagrangian Field Theory". क्वांटम फील्ड थ्योरी (2nd ed.). Wiley. p. 25–38. ISBN 978-0-471-49684-7.
- ↑ 5.0 5.1 5.2 Zee, Anthony (2013). संक्षेप में आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण. Princeton: Princeton University Press. pp. 344–390. ISBN 9780691145587.
- ↑ Cahill, Kevin (2013). भौतिक गणित. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 9781107005211.
- ↑ Jost, Jürgen (2002). "The Ginzburg–Landau Functional". रीमानियन ज्यामिति और ज्यामितीय विश्लेषण (Third ed.). Springer-Verlag. pp. 373–381. ISBN 3-540-42627-2.
- ↑ Itzykson-Zuber, eq. 3-152
- ↑ Claude Itykson and Jean-Bernard Zuber, (1980) "Quantum Field Theory"