¿Por qué el principio de Fermat no se formula como principio de mínima acción?

Me di cuenta de las unidades de S que a pesar de la similitud notacional el principio de Fermat

d S = d A B norte d s = 0
no es un principio de mínima acción sino un principio de mínima duración. De manera confusa, a menudo se escribe este principio incluso usando el llamado "Lagrangiano óptico". L = norte d s d X 3 como
d S = d A B L d X 3 = 0
Sin embargo, este Lagrangiano no tiene unidades de energía como el Lagrangiano habitual. L = T V tiene. En cambio, el Lagrangiano óptico no tiene unidades. Así que me pregunté qué faltaba para convertir el principio de Fermat en un principio de acción mínima y deduje de las unidades que uno tiene que multiplicar el principio con algún "momento óptico". pag O entonces S se convierte en una acción:
d S = pag O   d A B norte d s = 0
Pero que deberia esto pag O ¿ser? Ya que estamos hablando de luz, podríamos establecer pag O = k = h λ . Pero el principio de Fermat es la base de la óptica geométrica, que se puede derivar como el límite de longitud de onda cero λ 0 de las ecuaciones de onda de la luz de Maxwell. Y una longitud de onda cero significa luz de impulso infinito según pag O = h λ . Así que no parece tener sentido multiplicar el principio de Fermat por un impulso, porque eso daría un valor infinito para la acción.

Entonces, ¿la razón por la que no podemos expresar el principio de Fermat como principio de acción mínima es el hecho de que la óptica geométrica implica un momento infinito para la luz?

Respuestas (1)

  1. En primer lugar, las unidades y las dimensiones no son un problema, ya que un principio de variación siempre se puede multiplicar por una constante apropiada.

  2. En segundo lugar, la analogía mecánica clásica del principio de tiempo estacionario de Fermat en óptica geométrica no parece (al menos superficialmente) un principio de acción estacionario , ya que los tiempos inicial y final, t i y t F , se mantienen fijos en este último.

  3. Más bien, la analogía mecánica clásica es la formulación de Jacobi del principio de Maupertuis para la acción abreviada. Aquí el índice de refracción norte ( r ) debe identificarse con el impulso pag ( r ) = 2 metro ( mi V ( r ) ) .

  4. Sin embargo, mirando un poco más profundo, el principio de Fermat de hecho puede formularse como un principio de acción estacionario, vea, por ejemplo, mi Phys.SE respuesta aquí .

Referencias:

  1. H. Goldstein, Mecánica Clásica, 2ª ed.; Secciones 8.6 y 10.8.