Representaciones unitarias de SO(3)SO(3)SO(3) y so(3)so(3)so(3)

Según mi guión:
estados de la mecánica cuántica ψ H cambia bajo una rotación R SO(3) , X R X de acuerdo a ψ tu ( R ) ψ , mientras tu ( R ) es una representación unitaria de SO(3) es, eso significa:

tu : SO(3) L ( H ) = { transformación lineal  H H } = GL ( H , H )
R tu ( R )

es un homomorfismo, es decir tu ( R 1 ) tu ( R 2 ) = tu ( R 1 R 2 ) , tu ( 1 ) = I que es unitario tu ( R ) 1 = tu ( R ) .

Las rotaciones infinitesimales son elementos. Ω del espacio tangente T I S O ( 3 ) = { γ ˙ ( 0 ) | γ : [ ε , ε ] SO(3) , γ ( 0 ) = I } , dónde γ ( ε ) = mi ε Ω SO(3) , γ ( 0 ) = mi 0 Ω = I , en SO(3) en el punto I :

Ω = d d t R ( t ) | t = 0 ,

mientras t R ( t ) es una curva diferenciable en SO(3) a través de R ( 0 ) = I .

Cada representación del grupo Lie de SO(3) en H corresponde a una representación del álgebra de Lie de entonces (3) (pero no al revés):

tu ( Ω ) := d d t tu ( R ( t ) ) | t = 0 .

La transformación Ω tu ( Ω ) es un homomorfismo de entonces (3) ( α 1 , α 2 ) :

tu ( α 1 Ω 1 + α 2 Ω 2 ) = α 1 tu ( Ω 1 ) + α 2 tu ( Ω 2 )
tu ( [ Ω 1 , Ω 2 ] ) = [ tu ( Ω 1 ) , tu ( Ω 2 ) ] ,
mientras que el último se sigue de tu ( R Ω R 1 ) = tu ( R ) tu ( Ω ) tu ( R ) 1 ( R SO(3) ) .


Quiero comprobar la última declaración, es decir, que Ω tu ( Ω ) es un homomorfismo.
Preguntas de cálculo:
1) Si solo considero α 1 tu ( Ω 1 ) , entonces es correcto afirmar:

α 1 tu ( Ω 1 ) = α 1 tu ( d d t R 1 ( t ) | t = 0 )
α 1 tu ( Ω 1 ) = α 1 d d t tu ( R 1 ( t ) ) | t = 0 ,

simplemente insertando las definiciones?
2) Si esto es así, ¿puedo entonces concluir:
tu ( α 1 Ω 1 + α 2 Ω 2 ) = tu ( d d t ( R 1 ( α 1 t ) R 2 ( α 2 t ) ) | t = 0 ) = d d t tu ( R 1 ( α 1 t ) R 2 ( α 2 t ) ) | t = 0 = d d t ( tu ( R 1 ( α 1 t ) ) tu ( R 2 ( α 2 t ) ) ) | t = 0 = α 1 Ω 1 + α 2 Ω 2 .

3) Pregunto esto, porque alguien más escribió eso:
tu ( Ω 1 + α Ω 2 ) := d d t tu ( R 1 ( t ) R 2 ( α t ) | t = 0 .

4) Entonces, en general, estoy un poco confundido acerca de la notación, tal vez uno podría aclarar esto un poco.


Preguntas y comentarios generales:
Todavía no entiendo el concepto principal detrás de las representaciones.
Permítanme colocar algunas palabras en esta sala: Mecánica Cuántica ; regla de Born; simetrías; Representaciones Proyectivas; Teorema de Wigner; Representaciones irreductibles; autoestados; Sistemas Compuestos y Coeficientes de Clebsch-Gordan; Teorema de Wigner-Eckart.
Sería genial si alguien pudiera mostrarme su Idea en unas pocas líneas usando las palabras dadas arriba. Yo mismo lo intentaré más tarde (hasta ahora solo tengo una versión larga en otro idioma que puedo publicar más adelante). ¡Gracias de antemano! :)

Una representación es simplemente un conjunto de transformaciones lineales sobre un espacio vectorial. Por lo general, se expresan como matrices, siendo la multiplicación de matrices ordinaria la operación de grupo. Esto no está relacionado con QM, en absoluto. Puede usarlos en mecánica clásica tan bien como en gráficos por computadora. Esto suele estar muy bien explicado en los libros sobre teoría de grupos, incluidos los resultados sobre la representación irreducible (matrices que no se pueden factorizar en submatrices más pequeñas).
La idea clave para los grupos aquí es el homomorfismo, de modo que las transformaciones realizadas en, por ejemplo , el espacio-tiempo se componen de la misma manera que las transformaciones correspondientes que ocurren en, por ejemplo, el espacio de estado cuántico. De hecho, el teorema de Wigner dice que se permiten los homomorfismos proyectivos. Vea si tiene alguna alegría con mi respuesta aquí . Es posible que tenga tiempo para abordar sus preguntas detalladas más tarde.

Respuestas (1)

La respuesta es sí a todas tus preguntas. En general, se supone que la representación es fuertemente continua (es decir, continua en la topología de operadores fuertes), por lo que las expresiones tienen sentido cuando se evalúan frente a un vector del espacio de Hilbert. La existencia de la "derivada" de un subgrupo de 1 parámetro como tu ( R 1 ( t ) ) viene dada por el teorema de Stone que dice que existe un operador autoadjunto H 1 tal que tu ( R 1 ( t ) ) = mi i H 1 t (a través del cálculo funcional) y H 1 es precisamente el "derivado" de tu ( R 1 ( t ) ) en t = 0 .

¡Salud! ¿Podría explicarme más este hecho: Cada representación unitaria de SO(3) en H corresponde a una representación unitaria de entonces (3) (pero no al revés).
Creo que esto está relacionado con el hecho de que no todas las representaciones de un álgebra de Lie se pueden integrar a una representación del grupo de Lie.
Quizá vaya en esta dirección: si se considera tu ( R ) = mi tu ( Ω ) t de lo que podría ser eso mi 0 = I = mi 2 π i Ω , por lo tanto diferente tu ( Ω ) podría conducir a la misma tu ( R ) . Sin embargo la definición tu ( Ω ) = d d t tu ( R ( t ) ) | t = 0 lleva siempre a un único tu ( Ω ) para diferentes tu ( R ) .
@RedPencil No funciona al revés porque S O ( 3 ) no es el único grupo de Lie con s o ( 3 ) como su álgebra de Lie: S tu ( 2 ) es el único otro grupo de Lie conectado con esta álgebra, pero también tienes O ( 3 ) como otro grupo de Lie, este con dos componentes conectados.