Релятивистская динамика и параметр эволюции: исторический обзор и современные подходы.
Relativistic dynamics
Релятивистская динамика: объединение релятивизма и квантовой механики. Изучение движения, сил и свойств систем на околосветовых скоростях. Масса, энергия, пространство-время.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Для классической динамики при релятивистских скоростях см. релятивистскую механику. Релятивистская динамика – это сочетание релятивистских и квантовых концепций, используемое для описания связи между движением и свойствами релятивистской системы и силами, воздействующими на неё. Отличительной особенностью релятивистской динамики от других физических теорий является использование инвариантного скалярного параметра эволюции для отслеживания исторического развития событий в пространстве-времени. В теории, инвариантной относительно масштаба, сила взаимодействия частиц не зависит от энергии этих частиц. Эксперименты двадцатого века показали, что физическое описание микроскопических и субмикроскопических объектов, движущихся на скоростях, близких к скорости света, ставит под вопрос такие фундаментальные понятия, как пространство, время, масса и энергия. Теоретическое описание этих физических явлений потребовало объединения концепций теории относительности и квантовой теории. Владимир Фок первым предложил теорию параметров эволюции для описания релятивистских квантовых явлений, однако теория параметров эволюции, предложенная Эрнстом Штюкельбергом, имеет большее отношение к современным исследованиям. Теории параметров эволюции были использованы Фейнманом, Швингером и другими для формулирования квантовой теории поля в конце 1940-х – начале 1950-х годов. Сильван Швебер написал обстоятельное историческое изложение исследования Фейнмана в этой области. Возрождение интереса к теориям параметров эволюции началось в 1970-х годах с работ Хорвица и Пирона, а также Фанчи и Коллинза.
For classical dynamics at relativistic speeds, see relativistic mechanics. Relativistic dynamics refers to a combination of relativistic and quantum concepts to describe the relationships between the motion and properties of a relativistic system and the forces acting on the system. What distinguishes relativistic dynamics from other physical theories is the use of an invariant scalar evolution parameter to monitor the historical evolution of space time events. In a scale invariant theory, the strength of particle interactions does not depend on the energy of the particles involved. Twentieth century experiments showed that the physical description of microscopic and submicroscopic objects moving at or near the speed of light raised questions about such fundamental concepts as space, time, mass, and energy. The theoretical description of the physical phenomena required the integration of concepts from relativity and quantum theory. Vladimir Fock was the first to propose an evolution parameter theory for describing relativistic quantum phenomena, but the evolution parameter theory introduced by Ernst Stueckelberg is more closely aligned with recent work. Evolution parameter theories were used by Feynman, Schwinger and others to formulate quantum field theory in the late 1940s and early 1950s. Silvan S. Schweber wrote a nice historical exposition of Feynman's investigation of such a theory. A resurgence of interest in evolution parameter theories began in the 1970s with the work of Horwitz and Piron, and Fanchi and Collins.
Концепция неизменного параметра эволюции
Некоторые исследователи рассматривают параметр эволюции как математический артефакт, в то время как другие – как физически измеримую величину. Чтобы понять роль параметра эволюции и принципиальное различие между стандартной теорией и теориями с параметром эволюции, необходимо вернуться к концепции времени. Время t выступало в роли монотонно возрастающего параметра эволюции в классической ньютоновской механике, как, например, в законе силы F = dP/dt для нерелятивистского классического объекта с импульсом P. Для Ньютона время было «стрелой», параметризующей направление эволюции системы. Альберт Эйнштейн отверг ньютоновскую концепцию и определил t как четвертую координату четырехмерного вектора пространства-времени. Взгляд Эйнштейна на время требует физического равнозначия между координатным временем и координатным пространством. С этой точки зрения, время должно быть обратимой координатой, подобно пространству. Частицы, движущиеся назад во времени, часто используются для изображения античастиц в диаграммах Фейнмана, однако обычно их не рассматривают как реально движущиеся в обратном направлении времени – это делается для упрощения записи. Тем не менее, многие считают, что они действительно движутся назад во времени, и принимают это за доказательство обратимости времени. Развитие нерелятивистской квантовой механики в начале двадцатого века сохранило ньютоновскую концепцию времени в уравнении Шрёдингера. Успешное описание наблюдений нерелятивистской квантовой механикой и специальной теорией относительности стимулировало попытки распространить квантовые концепции на релятивистскую область. Физикам предстояло определить, какую роль должно играть время в релятивистской квантовой теории. Роль времени была ключевым различием между эйнштейновским и ньютоновским взглядами на классическую теорию. Были возможны две гипотезы, согласующиеся со специальной теорией относительности:
Some researchers view the evolution parameter as a mathematical artifact while others view the parameter as a physically measurable quantity. To understand the role of an evolution parameter and the fundamental difference between the standard theory and evolution parameter theories, it is necessary to review the concept of time. Time t played the role of a monotonically increasing evolution parameter in classical Newtonian mechanics, as in the force law F = dP/dt for a non relativistic, classical object with momentum P. To Newton, time was an “arrow” that parameterized the direction of evolution of a system. Albert Einstein rejected the Newtonian concept and identified t as the fourth coordinate of a space time four vector. Einstein's view of time requires a physical equivalence between coordinate time and coordinate space. In this view, time should be a reversible coordinate in the same manner as space. Particles moving backward in time are often used to display antiparticles in Feynman diagrams, but they are not thought of as really moving backward in time usually it is done to simplify notation. However a lot of people think they are really moving backward in time and take it as evidence for time reversibility. The development of non relativistic quantum mechanics in the early twentieth century preserved the Newtonian concept of time in the Schrödinger equation. The ability of non relativistic quantum mechanics and special relativity to successfully describe observations motivated efforts to extend quantum concepts to the relativistic domain. Physicists had to decide what role time should play in relativistic quantum theory. The role of time was a key difference between Einsteinian and Newtonian views of classical theory. Two hypotheses that were consistent with special relativity were possible:
Гипотеза I
Предположим, что t = эйнштейновское время и отвергаем ньютоновское время.
Assume t = Einsteinian time and reject Newtonian time.