¿Qué tiene de malo mi argumento para derivar el hamiltoniano en relatividad?

En la Relatividad General (y especial también) el Lagrangiano para una partícula de masa metro en ausencia de fuerzas distintas de la gravedad es

L = metro gramo m v tu m tu v

dónde tu m es la velocidad de cuatro. En ese caso podemos derivar la cantidad de movimiento pag m por

pag m = L tu m = tu m metro gramo α β tu α tu β

pag m = metro gramo α β 2 gramo α β tu α tu β ( d m α tu β + d m β tu α ) = metro gramo m α tu α gramo α β tu α tu β

Si parametrizamos la línea de tiempo por tiempo adecuado τ entonces L ( γ ( τ ) , γ ( τ ) ) = metro y obtenemos de la raíz cuadrada en el denominador que es justo 1 . Entonces

pag m = metro gramo m α tu α ,

y estos son los componentes de un covector. Esto conduce directamente al impulso de cuatro vectores

pag m = metro tu m .

Todo funciona aquí. Ahora quiero calcular la energía. Bueno, el hamiltoniano como siempre debería ser.

H = pag m tu m metro gramo m v tu m tu v = metro gramo m v tu m tu v metro gramo m v tu m tu v .

Pero si las cosas están parametrizadas por tiempo propio, cuando calculamos H en el camino, eso es H ( γ ( τ ) , γ ( τ ) ) obtenemos cero!

Lo que esperaba era conseguir H = pag 0 .

¿Qué estoy haciendo mal aquí? ¿Por qué me sale cero?

Tal vez soy tonto, pero ¿cómo puede esperar obtener solo un componente de un vector de 4 cuando todas sus manipulaciones involucran cantidades con todos los índices contraídos? A la izquierda de tu ecuación final tienes H como un escalar, y esto se sigue de la manipulación de escalares todo el tiempo, pero dos líneas más adelante donde afirmas H debería ser el componente de un vector de 4, por lo que una de las definiciones debe ser incorrecta.
Punto tomado, no puedo averiguarlo H = pag 0 desde H se transformará como un escalar y pag 0 como componente de un cuadrivector. Eso es razonable. Sin embargo, estoy haciendo todo esto para justificar que el 0 -ésimo componente de 4 -la cantidad de movimiento es energía. Así que creo que podría obtener esto calculando el hamiltoniano, que debería ser la energía. En ese sentido, en relatividad H no es la energía o pag 0 no es siempre la energía? ¿Que me estoy perdiendo aqui?
El H usted calcula como un escalar no puede ser la energía ya que la energía es un componente del 4-vector de impulso.

Respuestas (1)

  1. El problema es que la transformación de Legendre de 4 velocidades a 4 impulsos es singular: Los 4 componentes del impulso 4 pag m están obligados a vivir en el caparazón de masa

    (A) pag m gramo m v pag v   =   ± metro 2 .
    Aquí el ± se refiere a la elección de la convención de signos de Minkowski ( ± , , , ) . Por lo tanto, es un sistema restringido. El 4-momentum tiene solo 3 componentes independientes.

  2. Cómo realizar la transformación singular de Legendre para una partícula puntual relativista se explica, por ejemplo, en esta publicación de Phys.SE.

  3. Resulta que la apariencia de la restricción (A) y la energía de fuga/Hamiltoniana reflejan la invariancia de reparametrización de línea de mundo del modelo. Véase también, por ejemplo, esta publicación de Phys.SE.