• 相對論角動量

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    相對論角動量

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    在物理學中,相對論角動量是指狹義相對論 (SR) 和廣義相對論 (GR) 中定義角動量的數學形式和物理概念。 相對論量與經典力學中的三維量略有不同。

    角動量是從位置和動量導出的重要動力學量。 它是衡量物體的旋轉運動和對其旋轉變化的抵抗力的量度。 同樣,動量守恒對應于平移對稱,角動量守恒對應于旋轉對稱——對稱性和守恒定律之間的聯系是由諾特定理建立的。 雖然這些概念最初是在經典力學發現的,但它們在狹義相對論和廣義相對論中也是真實且重要的。 在抽象代數方面,角動量、四動量和其他時空對稱性的不變性由洛倫茲群或更一般的龐加萊群描述。

    通過實施相對論假設,在經典物理學中保持獨立的物理量在 SR 和 GR 中自然地結合在一起。 最值得注意的是,空間和時間坐標組合成四位,能量和動量組合成四動量。 這四個向量的分量取決于所使用的參考系,并在洛倫茲變換下改變為其他慣性系或加速系。

    相對論角動量不太明顯。 角動量的經典定義是位置 x 與動量 p 的叉積得到偽向量 x × p,或者作為外積得到二階反對稱張量 x ∧ p。 如果有的話,這與什么結合? 還有一個不常被討論的向量——它是與系統質心提升相關的質量極向量的時變矩(不是慣性矩),它結合了經典的角動量偽向量 形成二階反對稱張量,與電場極矢量與磁場偽矢量結合形成電磁場反對稱張量的方式完全相同。 對于旋轉的質能分布(如陀螺儀、行星、恒星和黑洞)而不是點狀粒子,角動量張量用旋轉物體的應力能量張量表示。

    僅在狹義相對論中,在旋轉物體的靜止系中,存在類似于量子力學和相對論量子力學中的自旋的固有角動量,盡管是針對擴展體而不是點粒子。 在相對論量子力學中,基本粒子具有自旋,這是對軌道角動量算子的額外貢獻,產生總角動量張量算子。 在任何情況下,物體軌道角動量的固有自旋加法都可以用 Pauli-Lubanski 偽向量表示。

    定義

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    軌道 3d 角動量

    作為參考和背景,給出了兩種密切相關的角動量形式。

    在經典力學中,瞬時三維位置向量x=(x,y,z)和動量向量p=(px,py,pz)的粒子的軌道角動量定義為軸向向量L=x× p {displaystyle mathbf {L} =mathbf {x} times mathbf {p} } 它具有三個分量,由笛卡爾方向的循環排列系統地給出(例如,將 x 更改為 y, y 到 z,z 到 x,重復)L x = y p z ? z p y ,L y = z p x ? x p z ,L z = x p y ? y p x 。

    一個相關的定義是將軌道角動量視為一個平面元素。 這可以通過用外代數語言中的外積代替叉積來實現,角動量變成逆變二階反對稱張量 L = x ∧ p {displaystyle mathbf {L} =mathbf { x} 楔形 mathbf {p} }

    相對論角動量

    或者寫成 x = (x1, x2, x3) = (x, y, z) 和動量向量 p = (p1, p2, p3) = (px, py, pz),這些分量可以用張量索引符號緊湊地縮寫 L i j = x i p j ? x j p i {displaystyle L{ij}=x{i}p{j}-x{j}p{i}} 其中索引 i 和 j 取值 1、2、3。

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    1. 相對論角動量
    2. 定義
    3. 軌道 3d 角動量

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