Литмир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Как сделать обобщение плотности энергии-импульса для скалярного поля φ. Если заглянуть в книгу Вентцеля [Went 49] по теории поля, мы обнаружим, что предлагается следующая процедура. Предположим, что лагранжиан зависит от полей и их производных

=

ℒ(

ψ

𝑖

ψ

𝑖

).

(4.2.1)

Компонент с индексами {44} тензора энергии-импульса должен представлять плотность энергии, которая есть гамильтониан. Поэтому используя обычное классическое описание для выражения гамильтониана из лагранжиана

𝐻

=

𝑞̇

∂𝐿

∂𝑞̇

-

𝐿

,

(4.2.2)

получаем следующее соотношение

𝑇

μ

ν

=

ψ

𝑖

∂ℒ

∂ψ𝑖

-

δ

μ

ν

.

(4.2.3)

Это правило не является корректным в общем случае. Во-первых, оно не обязательно приводит к выражению, симметричному по индексам μ и ν. Если тензор 𝑇μν - несимметричен, то результирующая теория - патологическая (например, нет способа определить угловой момент в таком поле). Закон сохранения энергии в общем случае не выполняется, поскольку в дивергенцию включены члены, которые не являются больше равными

𝑇

μν

𝑇

νμ

.

(4.2.4)

В нашем частном скалярном случае правило (4.2.3) действительно приводит к тому, чтобы получить удовлетворительную симметричную форму. Мы получаем лагранжиан и действие

𝑆

(Скалярная материя)

=

1

2

𝑑𝑉

(

φ

φ

-

𝑚²φ²

),

(4.2.5)

который даёт следующее выражение для тензора давления

𝑇

μν

=

φ

φ

-

1

2

η

μν

φ

φ

+

1

2

𝑚²φ²η

μν

.

(4.2.6)

С учётом тензора давления для скалярной материи (4.2.6) член, описывающий взаимодействие в лагранжиане, имеет следующий вид:

-λℎ

μν

𝑇

μν

=-

λ

μν

φ

φ

-

1

2

μν

η

μν

(

φ

φ

-

𝑚²φ²

)

.

(4.2.7)

В наших компактных обозначениях, использующих оператор ”черта”, последнее соотношение может быть переписано следующим образом:

μν

φ

φ

+

1

2

𝑚²φ²

.

(4.2.8)

Теперь мы можем использовать член, описывающий взаимодействие, для того, чтобы получить амплитуды для рассеяния при обмене гравитоном.

4.3. Амплитуды для рассеяния (скалярная теория)

Фейнмановские лекции по гравитации - _19.jpg

Рис. 4.2.

Амплитуда рассеяния, соответствующая обмену одним гравитоном, представлена на диаграмме, изображённой на рисунке 4.2, и может быть записана из исследования диаграммы, так как мы знаем форму пропагатора и для каждой вершины у нас есть член, описывающий взаимодействие, задаваемое лагранжианом (4.2.7). Заменим градиенты компонентами 4-импульса в импульсном представлении

𝑖φ

=

𝑝

ν

,

(4.3.1)

так что член, описывающий взаимодействие, становится следующим для одной из вершин

¹𝑝μ²𝑝ν

-

1

2

η

μν

(

¹𝑝

σ

²𝑝

σ

-

𝑚²

)

.

(4.3.2)

Мы пишем подчёркивание под произведением 𝑝μ𝑝ν для того, чтобы напомнить, что мы должны использовать соответствующим образом симметризованную версию, так как ℎμν - симметричен. Более точно,

𝐴μ𝐵ν

1

2

[

𝐴

μ

𝐵

ν

+

𝐴

ν

𝐵

μ

].

(4.3.3)

Для второй вершины нам также необходима ”черта” для выражения, которое имеет следующий вид

³𝑝μ⁴𝑝ν

-

1

2

𝑚²η

μν

.

(4.3.4)

Тогда полное выражение для амплитуды есть следующее

³𝑝μ⁴𝑝ν

-

1

2

𝑚²η

μν

1

𝑞²

¹𝑝μ²𝑝ν

-

1

2

η

μν

(

¹𝑝

σ

²𝑝

σ

-

𝑚²

)

.

(4.3.5)

Выбранные обозначения (”черты”, ”подчёркивания” и т.п.) приведут к упрощениям в алгебраических манипуляциях в более сложных вычислениях, которые необходимо будет выполнять, так что стоит ими воспользоваться.

Наша теория дала нам выражение для амплитуды гравитационного рассеяния одной частицы другой. Для того, чтобы вычислить что-нибудь, что имеет измеримую величину, мы должны придти к очень большим значениям массы, и для того, чтобы наблюдать эффект, который не определяется ньютоновским законом, нам необходимо использовать движения со скоростями, близкими к скорости света. Мы можем, например, вычислить угол отклонения тела малой массы, движущегося с очень большой скоростью (𝑣≈𝑐), которое отклоняется звездой, такой как Солнце. Здесь нам необходимо обосновать замену суммы амплитуд от всех частиц в звезде одной амплитудой, соответствующей массе 𝑀; подобная замена является аппроксимацией, но она даёт правильный ответ в первом порядке некоторого типа. Такой угол больше, чем его величина в рамках ньютоновской теории, и отличается на множитель (1+𝑣²/𝑐²).

34
{"b":"614071","o":1}