Regularización: ¿Qué tiene de especial el potencial Coulomb/Newtoniano y armónico?

Quería saber si el procedimiento para la regularización del potencial de Coulomb descrito en Celletti (2003): Fundamentos de la teoría de la regularización podría generalizarse a potenciales polinómicos arbitrarios. Entonces, en lugar de comenzar con una ecuación de movimiento con una fuerza F X 2 Empecé con una fuerza generalizada F X norte . Entonces la ecuación de movimiento y la correspondiente ecuación de energía son:

X ¨ + k X norte = 0 1 2 X ˙ + k norte + 1 X norte + 1 = constante := mi
Ahora, siguiendo a Celletti, observé la transformación generalizada
X = tu norte d t d s = X = tu norte
Insertando estas transformaciones en la ecuación de movimiento y la ecuación de energía se obtiene con d tu d s = tu
tu tu [ ( tu tu ) 2 + k norte tu norte ( norte + 1 ) ] = 0 1 2 ( tu tu ) 2 + k norte 2 ( norte + 1 ) tu norte ( norte + 1 ) = mi
Ahora todo el ejercicio de regularización es transformar la ecuación de movimiento a la forma más simple de un oscilador armónico tu + 2 mi tu = 0 ( Bartsch (2003): La transformación de Kustaanheimo-Stiefel en álgebra geométrica ). Pero vemos de las dos ecuaciones anteriores, que los términos entre corchetes son solo iguales al doble de la energía, si
norte = norte 2 ( norte + 1 ) 2
o después de resolver la ecuación cuadrática correspondiente norte 2 + norte 2 = 0
norte 1 = 1   y   norte 2 = 2
Entonces parece que uno solo puede regularizar las fuerzas de Coulomb F X 2 y fuerzas armónicas F X . Este resultado me intrigó un poco, porque destaca las mismas fuerzas/potenciales que el teorema de Bertrand . Pero, ¿qué tiene que ver con la regularización la propiedad de que todas las órbitas ligadas son también órbitas cerradas (teorema de Bertrand)? ¿Qué tiene de especial el Coulomb y el potencial armónico que se destacan en ambos casos? ¿Tienen estos potenciales alguna simetría más profunda en común, de modo que la regularización y el teorema de Bertrand solo puedan ser cumplidos por ellos? ¿O se trata simplemente de una relación espuria entre el teorema de Bertrand y la teoría de la regularización?

no olvides el norte = 0 raíz.
Tienes razón. Pero para norte = 0 la energía transformada mi sería infinito. Creo que eso lo convierte en una solución "inválida".
@asmaler Es posible que también desee volver a leer la prueba del teorema de Bertrand para ver en qué sentido norte = 0 no es una solución del todo.

Respuestas (1)

Creo que hay tres componentes en esto.

La primera es que las implicaciones físicas básicas de una ley de fuerza radial, en particular, algo tan binario como si obtenemos una órbita estable cerrada, no cambian cuando tomamos en cuenta los efectos no clásicos, aunque estos hacen algunos pequeños cambios cuantitativos. cambios que la gente no detectaría en el siglo XIX. Esto funciona con cada opción de Bertrand.

La segunda es que por definición si tu entonces oscila X también se repite, como era de esperar de una órbita estable cerrada.

La tercera es que simplemente sucede que la órbita estable cerrada norte , de los cuales solo hay un número finito porque terminamos resolviendo un polinomio como encontraste, todos conducen en particular a la oscilación de tu siendo armónico, por lo que no hay opciones que no sean de Bertrand. Podríamos llamar a esto una coincidencia, pero es difícil escribir una EDO de segundo orden con soluciones estables cerradas cuyas soluciones no sean armónicas (después de una transformación adecuada; después de todo, los radios orbitales no son sinusoidales), especialmente porque la fuerza El término probablemente será linealizable bajo la mayoría de las transformaciones razonables.