Significado físico de la elección del calibre en electromagnetismo

En electromagnetismo, a menudo se hace referencia a indicadores del campo electromagnético, como el indicador de radiación o de Coulomb. Hasta donde yo sé, la definición de un indicador nos ayuda a redefinir el problema en términos de un potencial vectorial y un potencial escalar que, dado que tenemos cierta libertad para elegirlos, se pueden elegir de la manera más inteligente posible para el dado problema.

Aquí viene mi pregunta: ¿la elección del calibre es una mera simplificación matemática del problema planteado? ¿Esta elección tiene un significado físico?

Mis problemas son en realidad comprender el significado físico de esta elección del calibre y qué cambiará si elijo un calibre diferente.

Es importante tener en cuenta que cuando la electrodinámica interactúa con la mecánica clásica hamiltoniana y con la mecánica cuántica, los cambios de calibre también afectan la descripción del lado mecánico; en particular, esto incluye la relación entre el momento canónico y el momento cinemático. Al igual que en EM, esto significa que en esas descripciones mecánicas hay cantidades dependientes del calibre que no tienen un significado físico directo.

Respuestas (3)

En la física clásica, y también en la teoría cuántica de campos de calibre con un grupo de calibre abeliano (como QED), la elección del calibre no tiene ningún significado físico. Básicamente es como elegir dónde colocar el origen de su sistema de coordenadas. En la teoría del campo cuántico de calibre no abeliano, la situación es un poco más sutil, porque las grandes transformaciones de calibre te llevan entre estados físicamente distintos. Pero este es un detalle bastante técnico y, en su mayor parte, puede pensar con seguridad en las opciones de calibre como completamente irrelevantes físicamente.

Observables físicos en una teoría de calibre 1 son independientes de las opciones de fijación de calibre 1 . Por el contrario, las opciones de fijación de calibre no son físicas.

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1 Aquí hemos aplicado una definición estrecha de una teoría de calibre donde la simetría de calibre representa una descripción redundante de un sistema físico, cf. por ejemplo, esta pregunta Phys.SE. En otras palabras, hemos ignorado las transformaciones de calibre (grandes) que en realidad cambian la configuración física, cf. respuesta por tparker.

2 Por una condición de fijación de calibre, asumimos una condición que intersecta cada órbita de calibre precisamente una vez. Tenga en cuenta que algunas condiciones en realidad no cumplen esto, por ejemplo, solo repara parcialmente un indicador. También puede haber problemas con Gribov .

Ok, ¿entonces puedo considerarlo solo un mero artefacto matemático útil para hacer cálculos?
No creo que esto sea correcto en el caso de la teoría del campo cuántico de calibre no abeliano; mira mi respuesta
@tparker OP pregunta explícitamente sobre el electromagnetismo, que es inmune a cualquier sutileza no abeliana.
@EmilioPisanty Sí, pero la respuesta original de Qmechanic no tenía esa advertencia, por lo que corría el riesgo de ser interpretada como aplicable a todas las teorías de calibre, incluida la no abeliana.
@Qmechanic ¿La restricción que establece en su primera nota al pie de página no hace que su respuesta actualizada sea vacía? Ahora solo está diciendo que para la clase de teorías de calibre para las cuales las transformaciones de calibre no son físicas, las transformaciones de calibre no son físicas. Esto es cierto pero tautológico.
Bueno, el concepto de tipo restringido de simetrías de calibre es bastante poderoso en sí mismo en QFT. Por ejemplo, produce identidades de Noether.

La elección de calibre u otro tiene la misma importancia física que elegir un marco de referencia inercial u otro... la posibilidad de hacer eso te da muchas implicaciones físicas verdaderamente profundas (por el teorema de Noether, por ejemplo), por lo que ambas respuestas son sí, en algún sentido.