[Pjσj,Xkσk]の計算
[P1σ1,X1σ1+X2σ2+X3σ3]
=[P1,X1]σ1^2
+P1X2[σ1,σ2]+P1X3[σ1,σ3]
=-ⅰσ0+2ⅰP1X2σ3-2iP1X3σ2
[P2σ2,X1σ1+X2σ2+X3σ3]
=[P2,X2]σ2^2
+P2X1[σ2,σ1]+P2X3[σ2,σ3]
=-ⅰσ0-2ⅰP2X1σ3+2iP2X3σ1
[P3σ3,X1σ1+X2σ2+X3σ3]
=[P3,X3]σ3^2
+P3X1[σ3,σ1]+P3X2[σ3,σ2]
=-ⅰσ0+2ⅰP3X1σ2-2iP3X2σ1
∴[Pjσj,Xkσk]
=-3iσ0
+2i(P2X3-P3X2)σ1
+2i(P3X1-P1X3)σ2
+2ⅰ(P1X2-P2X1)σ3
P2X3-P3X2=-L23=-K1
P3X1-P1X3=-L31=-K2
P1X2-P2X1=-L12=-K3
[Pjσj/2,Xkσk/2]
=-(3/4)iσ0
-i(K1σ1/2+K2σ2/2+K3σ3/2)
=-ⅰ(σ1/2)・(K1+(1/2)σ1)
-ⅰ(σ2/2)・(K2+(1/2)σ2)
-ⅰ(σ3/2)・(K3+(1/2)σ3)
Sj=σj/2より
[PjSj,XkSk]
=-iSj・(Kj+Sj)
cf)
P0=Pjσj
ⅰ・(dK1/dx0)=[K1,P0]
=[X2P3-X3P2,Pjσj]
=[X2,P2]P3σ2
-[X3,P3]P2σ3
=ⅰ(P3σ2-P2σ3)
ⅰ・(dS1/dx0)=[S1,P0]
=(1/2)[σ1,Pjσj]
=(1/2)・(P2[σ1,σ2]+P3[σ1,σ3])
=ⅰ(P2σ3-P3σ2)
∴ ⅰ・(d(K1+S1)/dx0)=0
K:「君が加わるのはσのせいだ。」
S:「つまり、僕を加えないと君も半人前ってこと。」
σ:「S君が出てくる理由は、P君とX君の仲が悪いからでしょ。」
P:「Xとの交換関係は、僕だけのせいじゃないさ。」
X:「君とはいまでも絶交中だよ。」
S系
[P1,X1]=-i
[P0,X0]=i
S’系
A=[P’1,X’1]
B=[P’0,X’0]
C=[P’1,X’0]
D=[P’0,X’1]
E=(C+D)・sinh(2θ)/2
[P1,X1]
=[P’1・coshθ+P’0・sinhθ,X’1・coshθ+X’0・sinhθ]
=A・(coshθ)^2+B・(sinhθ)^2+E
=-i
[P0,X0]
=[P’0・coshθ+P’1・sinhθ,X’0・coshθ+X’1・sinhθ]
=B・(coshθ)^2+A・(sinhθ)^2+E
=i
(coshθ)^2・A+(sinhθ)^2・B=-i-E
(sinhθ)^2・A+(coshθ)^2・B=i-E
T(θ)
=( (coshθ)^2 (sinhθ)^2
(sinhθ)^2 (coshθ)^2 )
detT(θ)=(coshθ)^4-(sinhθ)^4=cosh(2θ)
逆行列Tinv(θ)
=(1/detT(θ))
×( (coshθ)^2 -(sinhθ)^2
-(sinhθ)^2 (coshθ)^2 )
(A
B)
=Tinv(θ)
×(-i-E
i-E)
∴A=-i-E/(cosh(2θ))
B=i-E/(cosh(2θ))
E/(cosh(2θ))=(1/2)・(C+D)・tanh(2θ)
β=tanhθ=-dX1/dX0=-(dX1/dt)/(dX0/dt)=-V1/c
tanh (2θ)=2・tanhθ/(1+(tanhθ)^2)=2・β/(1+β-2)
相対性原理により、E=0 つまりC+D=0
A+B=0
E:「いきなり相対性原理だと!」
θ:「そういうこと、この世界の掟だから。」
E:「いったい、どうなるんだ?」
A:「君の出る幕はもうないってこと。」
X’1:「ぼくはノンビリしていいの?」
D:「わたしがゼロならね。」
B:「見方によっては案外、光速で駆けずり回らないといけないかもね。」
記号
[A,B]±=AB±BA
慣性系S
(P0,Pj) (X0,Xj)
慣性系S’
(P’0,P’j) (X’0,X’j)
X1方向のローレンツブースト(P’2or3=P2or3 X’2or3=X2or3)
P’1X’1-P’0X’0=P1X1-P0X0
X’1P’1-X’0P’0=X1P1-X0P0
∴([P’1,X’1]±)-([P’0,X’0]±)=([P1,X1]±)-([P0,X0]±)
係数a~dを用いて
[P’1,X’1]± =a・([P1,X1]±)+b・([P0,X0]±)
[P’0,X’0]± =c・([P1,X1]±)+d・([P0,X0]±) とおく。
([P’1,X’1]±)-([P’0,X’0]±)
=(a-c)・([P1,X1]±) +(b-d)・([P0,X0]±)
a-c=1
b-d=-1
ad-bc=1
a=d
∴a=d=1
b=c=0
P0:「定係数a~dを使って一次変換を仮定したワケね。」
X0:「ad-bc=1はどこから出るの?」
P1:「逆変換の行列式からでしょ。」
X1:「a=dは?」
P2:「もちろん、相対性原理からよ。」
X2:「そう来たか。」
P3:「そんなことしなくても、[P’1,X’1]±が-iなんだから、ローレンツ不変に決まってるじゃん。」
X3:「それをいっちゃ~おしまいよ!」
[P0,X0]=i
[Pj,Xk]=i・δjk :クロネコ、もといクロネッカーデルタ記号 j,k=1-3
P0とPjが無関係の場合
[P0、Xj]=[Pj,X0]=0
[Pμ,Xν]=i・ημν :ミンコフスキー計量テンソル
一般座標変換すると、
[P’ μ,X’ ν]=i・gμν :計量テンソル
cf)
gμ’ν’・dX’μ’・dX’ν’ =ημν・dXμ・dXν
シュワルツシルト球対称外部解
(ds)^2=g00・(dX0)^2+g11・(dr)^2 :線素長
g00=N
g11=-1/N
N=(1-R/r) :r 動径
R=2・G・M/c^2 :シュワルツシルト半径 G:万有引力定数 M:質量
[P0,X0]=i・g00=i/N
[Pr,r]=i・g11=-ⅰ・N
Pr=-i・∂/∂r ( ’ を省略)
r:「僕がRに等しいと、N=0になる。」
Pr:「rと交換日記でも始めようかな。」
P0:「わたしはどうなるのよ!」
R:「危ないから、事象の地平面には近づかないでね。」
X0:「彼から離れていれば安全さ。」
g:「どういうこと?」
η:「君がしゃしゃりでない方がいいってことよ。」