กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 30 นาที

เมทริกซ์แกมมา

ในฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์เมทริกซ์แกมมาหรือที่เรียกว่าเมทริกซ์ดิแรกคือชุดของเมทริกซ์แบบดั้งเดิมที่มี ความสัมพันธ์ การสลับตำแหน่ง เฉพาะ

เมทริกซ์แกมมา

ในฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์เมทริกซ์แกมมาหรือที่เรียกว่าเมทริกซ์ดิแรกคือชุดของเมทริกซ์แบบดั้งเดิมที่มี ความสัมพันธ์ การสลับตำแหน่ง เฉพาะ ที่รับประกันว่าจะสร้างการแสดงเมทริกซ์ของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดนอกจากนี้ยังสามารถกำหนดเมทริกซ์แกมมาที่มีมิติสูงกว่าได้เมื่อตีความว่าเป็นเมทริกซ์ของการกระทำของชุดเวกเตอร์ฐานตั้งฉากสำหรับ เวกเตอร์ คอนทราแวเรียนต์ในปริภูมิมิงโกวสกี เวกเตอร์คอลัมน์ที่เมทริกซ์กระทำจะกลายเป็นปริภูมิของสปินเนอร์ซึ่งพีชคณิตคลิฟฟอร์ดของปริภูมิเวลาจะกระทำ สิ่งนี้ทำให้สามารถแสดงการหมุนเชิงพื้นที่ แบบอนันต์ และการเพิ่มความเร็วลอเรนซ์ได้สปินเนอร์ช่วยอำนวยความสะดวกในการคำนวณปริภูมิเวลาโดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นพื้นฐานสำหรับสมการดิแรกสำหรับ อนุภาค สปินสั มพัทธภาพ เมทริกซ์แกมมาได้รับการแนะนำโดยพอล ดิแรกในปี 1928 [ 1 ] [ 2 ]

ในการแสดงแทนแบบ Dirac เมทริกซ์แกมมา แบบคอนทราเว เรียนต์ ทั้งสี่คือ

คือเมทริกซ์เฮอร์มิเชียนแบบไทม์ไลค์ส่วนอีกสามเมทริกซ์เป็น เมทริก ซ์แอนติเฮอร์มิเชียนแบบสเป ซไลค์ กล่าวโดยย่อคือและโดยที่แทนผลคูณโครเนกเกอร์และ(สำหรับj = 1, 2, 3 ) แทนเมทริกซ์เปาลี

นอกจากนี้ ในการอภิปรายเกี่ยวกับทฤษฎีกลุ่ม บางครั้ง เมทริกซ์เอกลักษณ์ ( I ) จะถูกรวมเข้ากับเมทริกซ์แกมมาทั้งสี่ และยังมีเมทริกซ์เสริม "ตัวที่ห้า" ที่ไม่มีร่องรอยซึ่งใช้ร่วมกับเมทริกซ์แกมมาปกติด้วย

"เมทริกซ์ที่ห้า" ไม่ใช่สมาชิกที่แท้จริงของชุดเมทริกซ์หลักทั้งสี่ แต่ใช้สำหรับแยกการแสดงแทนไครัล ซ้ายและขวาตาม นาม

เมทริกซ์แกมมามีโครงสร้างกลุ่มที่เรียกว่ากลุ่มแกมมาซึ่งเป็นโครงสร้างร่วมกันของเมทริกซ์แทนกลุ่มทั้งหมดในมิติใดๆ สำหรับเมตริกแบบใดๆตัวอย่างเช่นเมทริกซ์ Pauli ขนาด 2×2 เป็นเซตของเมทริกซ์ "แกมมา" ในปริภูมิสามมิติที่มีเมตริกแบบยุคลิด (3, 0) ในห้ามิติของปริภูมิเวลาเมทริกซ์แกมมาทั้งสี่ข้างต้น รวมกับเมทริกซ์แกมมาที่ห้าที่จะกล่าวถึงต่อไป จะสร้างพีชคณิตคลิฟฟอร์ดขึ้นมา

โครงสร้างทางคณิตศาสตร์

คุณสมบัติสำคัญที่ทำให้เมทริกซ์แกมมาสามารถสร้างพีชคณิตคลิฟฟอร์ด ได้ คือความสัมพันธ์การสลับตำแหน่งแบบผกผัน

โดยที่วงเล็บปีกกาแทนแอนติคอมมิวเทเตอร์คือเมตริกมินคอ ฟสกี ที่มีสัญลักษณ์(+ − − −)และคือเมทริกซ์เอกลักษณ์ขนาด 4 × 4

คุณสมบัติที่กำหนดนี้มีความสำคัญยิ่งกว่าค่าตัวเลขที่ใช้ในการแสดงเมทริกซ์แกมมาโดยเฉพาะ เมทริกซ์แกมมา แบบโคแวเรียนต์ถูกกำหนดโดย

และถือว่าใช้ สัญกรณ์ของไอน์สไตน์

โปรดทราบว่า ข้อกำหนดเครื่องหมายอื่นสำหรับเมตริก(− + + +)จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงในสมการกำหนด:

หรือการคูณเมทริกซ์แกมมาทั้งหมดด้วยซึ่งแน่นอนว่าจะเปลี่ยนคุณสมบัติความเป็นเฮอร์มิเชียนของเมทริกซ์เหล่านั้นตามรายละเอียดด้านล่าง ภายใต้ข้อกำหนดเครื่องหมายทางเลือกสำหรับเมตริก เมทริกซ์แกมมาโคแวเรียนต์จะถูกกำหนดโดย

โครงสร้างทางกายภาพ

พีชคณิตคลิฟฟอร์ดเหนือปริภูมิเวลาVสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเซตของตัวดำเนินการเชิงเส้นจริงจากVไปยังตัวมันเองEnd( V )หรือโดยทั่วไปแล้ว เมื่อทำให้เป็นเชิงซ้อนจะเป็นเซตของตัวดำเนินการเชิงเส้นจากปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อนสี่มิติใดๆ ไปยังตัวมันเอง กล่าวอย่างง่ายๆ คือ เมื่อกำหนดฐานสำหรับVแล้วก็คือเซตของ เมทริกซ์เชิงซ้อน 4×4 ทั้งหมด แต่มีโครงสร้างพีชคณิตคลิฟฟอร์ด ปริภูมิเวลาถือว่ามีเมตริกมินคอฟสกีημνนอกจาก นี้ยังถือว่ามี ปริภูมิของสปินเนอร์ดิแรกUxที่ทุกจุดในปริภูมิเวลา ซึ่งมีตัวแทนสปินเนอร์ดิแรกของกลุ่มลอเรนซ์ ฟิลด์ปินเนอร์ดิแรกΨของสมการดิแรก ซึ่งประเมินค่าที่จุด x ใดๆในปริภูมิเวลา จะเป็นองค์ประกอบของUx (ดูด้านล่าง) พีชคณิตคลิฟฟอร์ดถือว่ากระทำต่อUx ด้วยเช่นกัน (โดยการคูณเมทริกซ์ กับเวกเตอร์คอลัมน์Ψ( x )ในUxสำหรับทุกx ) นี่จะเป็นมุมมองหลักขององค์ประกอบต่างๆในส่วนนี้

สำหรับแต่ละการแปลงเชิงเส้นSของU xจะมีการแปลงEnd( U x )ที่กำหนดโดยSES −1สำหรับEในถ้าSเป็นส่วนหนึ่งของการแสดงแทนของกลุ่มลอเรนซ์ การกระทำที่เหนี่ยวนำESES −1ก็จะเป็นส่วนหนึ่งของการแสดงแทนของกลุ่มลอเรนซ์เช่นกัน ดูทฤษฎีการแสดงแทนของกลุ่มลอเรนซ์

ถ้าS(Λ)คือการแสดงแทนสปินเนอร์ของ Dirac ที่กระทำบนU xของการแปลง Lorentz Λ ใดๆ ในการแสดงแทนมาตรฐาน (เวกเตอร์ 4 ตัว) ที่กระทำบนVแล้วจะมีตัวดำเนินการที่สอดคล้องกันบนที่กำหนดโดยสมการ:

แสดงให้เห็นว่าปริมาณของγ μสามารถมองได้ว่าเป็นฐานของปริภูมิการแสดงแทนของเวกเตอร์ 4 ตัวของกลุ่มลอเรนซ์ที่อยู่ในพีชคณิตคลิฟฟอร์ด เอกลักษณ์สุดท้ายสามารถรับรู้ได้ว่าเป็นความสัมพันธ์ที่กำหนดสำหรับเมทริกซ์ที่อยู่ในกลุ่มออร์โธโกนอลไม่จำกัดซึ่งเขียนในสัญกรณ์ดัชนี นั่นหมายความว่าปริมาณในรูปแบบ

ควรพิจารณา γ เป็นเวกเตอร์ 4 มิติในการดำเนินการต่างๆ นอกจากนี้ยังหมายความว่าดัชนีสามารถยกขึ้นและลงบนγ ได้ โดยใช้เมตริกη μνเช่นเดียวกับเวกเตอร์ 4 มิติใดๆ สัญลักษณ์นี้เรียกว่าสัญลักษณ์สแลชของไฟน์แมน (Feynman slash notation ) การดำเนินการสแลชจะแปลงฐานe μของVหรือปริภูมิเวกเตอร์ 4 มิติใดๆ ไปเป็นเวกเตอร์ฐานγ μกฎการแปลงสำหรับปริมาณที่มีเครื่องหมายสแลชนั้นง่ายๆ คือ

สิ่งนี้แตกต่างจากกฎการแปลงสำหรับγ μซึ่งในที่นี้ถือว่าเป็นเวกเตอร์ฐาน (คงที่) ดังนั้น การกำหนดให้ทูเปิล 4 ตัวเป็นเวกเตอร์ 4 ตัว ซึ่งบางครั้งพบได้ในเอกสารทางวิชาการ จึงเป็นการเรียกชื่อที่ไม่ถูกต้องเล็กน้อย การแปลงแบบหลังสอดคล้องกับการแปลงเชิงรุกของส่วนประกอบของปริมาณที่ถูกขีดฆ่าในแง่ของฐานγ μและแบบแรกสอดคล้องกับการแปลงเชิงรับของฐานγ μเอง

องค์ประกอบเหล่านี้ประกอบกันเป็นตัวแทนของพีชคณิตลีของกลุ่มลอเรนซ์ นี่คือการแทนแบบสปินเมื่อเมทริกซ์เหล่านี้และผลรวมเชิงเส้นของพวกมันถูกยกกำลัง พวกมันจะเป็นการแทนแบบสปินเนอร์ของดิแรกของกลุ่มลอเรนซ์ เช่นS(Λ)ข้างต้นมีรูปแบบนี้ พื้นที่ 6 มิติที่แผ่ขยายโดยσ μνคือพื้นที่แทนของการแทนแบบเทนเซอร์ของกลุ่มลอเรนซ์ สำหรับองค์ประกอบลำดับสูงของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดโดยทั่วไปและกฎการแปลงของพวกมัน โปรดดูบทความพีชคณิตดิแรกการแทนแบบสปินของกลุ่มลอเรนซ์ถูกเข้ารหัสในกลุ่มสปินSpin(1, 3) (สำหรับสปินเนอร์จริงที่ไม่มีประจุ) และในกลุ่มสปินที่ซับซ้อนSpin(1, 3)สำหรับสปินเนอร์ที่มีประจุ (ดิแรก)

การแสดงสมการของ Dirac

ในหน่วยธรรมชาติสมการของ Dirac สามารถเขียนได้ดังนี้

สปินเนอร์ของ Dirac อยู่ ที่ไหน

เมื่อเปลี่ยนมาใช้สัญลักษณ์ของเฟย์นแมนสมการของดิแรกจะเป็นดังนี้

เมทริกซ์ "แกมมา" ตัวที่ห้าγ 5

การกำหนดผลคูณของเมทริกซ์แกมมาทั้งสี่เป็น นั้นมีประโยชน์ ดังนั้น

(ในฐานดิแรก)

แม้ว่าจะใช้ตัวอักษรแกมมา แต่ก็ไม่ใช่หนึ่งในเมทริกซ์แกมมาเลขดัชนี 5 เป็นสิ่งตกค้างจากสัญลักษณ์เก่า: เคยเรียกว่า " "

นอกจากนี้ยังมีรูปแบบอื่นอีกด้วย:

โดยใช้ธรรมเนียมหรือ

โดยใช้แบบแผนพิสูจน์ :

สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมทริกซ์แกมมาทั้งสี่ตัวนั้นมีคุณสมบัติสลับที่ได้ ดังนั้น

โดยที่เดลต้าโครเนกเกอร์แบบทั่วไปชนิด (4,4) ใน 4 มิติ ในการต่อต้านสมมาตร อย่างสมบูรณ์ ถ้าแทนสัญลักษณ์ Levi-Civitaในnมิติ เราสามารถใช้เอกลักษณ์จากนั้นเราจะได้ โดยใช้แบบแผน

เมทริกซ์นี้มีประโยชน์ในการอภิปรายเกี่ยวกับไครัลลิตี ในกลศาสตร์ควอนตัม ตัวอย่างเช่น สนามดิแรกสามารถฉายไปยังส่วนประกอบมือซ้ายและมือขวาได้โดย:

คุณสมบัติบางประการได้แก่:

  • มันเป็นแบบเฮอร์มิเชียน:
  • ค่าไอเกนของมันคือ ±1 เพราะว่า:
  • มันมีคุณสมบัติการสลับตำแหน่งแบบผกผันกับเมทริกซ์แกมมาทั้งสี่:

ในความเป็นจริงและเป็นเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะของเนื่องจาก

และ

ห้ามิติ

พีชคณิตคลิฟฟอร์ดในมิติคี่มีพฤติกรรมเหมือนพีชคณิตคลิฟฟอร์ดสอง ชุดที่มีมิติน้อยกว่าหนึ่งชุด คือชุดซ้ายและชุดขวา [ 3 ] : 68 ดังนั้น เราสามารถใช้กลอุบายเล็กน้อยเพื่อนำ i γ 5 มาใช้ใหม่ เป็นหนึ่งในตัวสร้างของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดในห้ามิติ ในกรณีนี้ เซต{ γ 0 , γ 1 , γ 2 , γ 3 , i γ 5 }จึงเป็นไปตามคุณสมบัติสองข้อสุดท้าย (โดยคำนึงถึงว่าi 2 ≡ −1 ) และคุณสมบัติของแกมมา 'เก่า' ก่อให้เกิดฐานของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดใน มิติปริภูมิ  เวลา5  มิติสำหรับลายเซ็นเมตริก(1,4 ) [ a ] [ 4 ] : 97 ในลายเซ็นเมตริก(4,1)จะใช้เซต{ γ 0 , γ 1 , γ 2 , γ 3 , γ 5 } โดยที่ γ μเป็นค่าที่เหมาะสมสำหรับลายเซ็น(3,1) [ 5 ]รูปแบบนี้จะถูกทำซ้ำสำหรับมิติของปริภูมิเวลา2 nคู่ และมิติคี่ถัดไป2 n + 1สำหรับทุกn1 [ 6 ] : 457 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดู เมทริกซ์ แกมมา มิติสูง

อัตลักษณ์

เอกลักษณ์ต่อไปนี้เป็นผลมาจากความสัมพันธ์การสลับตำแหน่งแบบผกผันพื้นฐาน ดังนั้นจึงใช้ได้ในทุกฐาน (แม้ว่าเอกลักษณ์สุดท้ายจะขึ้นอยู่กับการเลือกเครื่องหมายสำหรับ)

อัตลักษณ์เบ็ดเตล็ด

1.

2.

3.

4.

5.

6. ที่ไหน

ตรวจสอบตัวตน

เมทริกซ์แกมมาเป็นไปตามเอกลักษณ์ร่องรอย ต่อไปนี้ :

  1. ร่องรอยของผลคูณใดๆ ของจำนวนคี่จะเป็นศูนย์
  2. ร่องรอยของการคูณผลคูณของจำนวนคี่ยังคงเป็นศูนย์

การพิสูจน์ข้อความข้างต้นเกี่ยวข้องกับการใช้คุณสมบัติหลักสามประการของ ตัวดำเนินการ ร่องรอย :

การทำให้เป็นมาตรฐาน

สามารถเลือกเมทริกซ์แกมมาโดยมีเงื่อนไขความเป็นเฮอร์มิเชียนเพิ่มเติม ซึ่งถูกจำกัดโดยความสัมพันธ์การสลับตำแหน่งแบบแอนติคอมมิวเทชันข้างต้นได้ อย่างไรก็ตาม เราสามารถกำหนดเงื่อนไขเพิ่มเติมได้

เข้ากันได้กับ

และสำหรับเมทริกซ์แกมมาอื่นๆ (สำหรับk = 1, 2, 3 )

เข้ากันได้กับ

เราตรวจสอบได้ทันทีว่าความสัมพันธ์ของความเป็นเอกเทศเหล่านี้ใช้ได้กับการแสดงแทนของ Dirac หรือไม่

เงื่อนไขข้างต้นสามารถนำมารวมกันได้ในความสัมพันธ์

เงื่อนไขความเป็นเฮอร์มิเชียนไม่คงที่ภายใต้การกระทำของการแปลงลอเรนซ์เนื่องจากไม่ใช่การแปลงเอกภาพเสมอไป อันเนื่องมาจากกลุ่มลอเรนซ์ไม่เป็นคอมแพ็กต์

การผันประจุ

ตัว ดำเนินการ คอนจูเกชันประจุในฐานใดๆ สามารถนิยามได้ดังนี้

โดยที่หมายถึงเมทริกซ์ทรานสโพสรูปแบบที่ชัดเจนของ ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้การแสดงแทนเฉพาะสำหรับเมทริกซ์แกมมา โดยมีค่าตัวประกอบเฟสที่กำหนดขึ้นเองได้ เนื่องจากถึงแม้ว่าการผันกลับประจุจะเป็นออโตมอร์ฟิซึมของกลุ่มแกมมาแต่ก็ไม่ใช่ออโตมอร์ฟิซึมภายใน (ของกลุ่ม) สามารถหาเมทริกซ์ผันกลับได้ แต่ขึ้นอยู่กับการแสดงแทน

อัตลักษณ์ที่ไม่ขึ้นกับการนำเสนอ ได้แก่:

ตัวดำเนินการการผันประจุยังเป็นตัวดำเนินการเอกภาพ (unitary operator) ในขณะเดียวกันก็เป็นจริงสำหรับรูปแบบการแสดงแทนใดๆ ด้วย เมื่อกำหนดรูปแบบการแสดงแทนของเมทริกซ์แกมมาแล้ว ปัจจัยเฟสที่กำหนดโดยพลการสำหรับตัวดำเนินการการผันประจุนั้นไม่สามารถเลือกได้เสมอไปให้เป็นไปตามเงื่อนไข เช่นเดียวกับกรณีของรูปแบบการแสดงแทนทั่วไปทั้งสี่แบบที่กล่าวถึงด้านล่าง ซึ่งรู้จักกันในชื่อรูปแบบการแสดงแทนแบบ Dirac, chiral และ Majorana

สัญกรณ์สแลชของเฟย์นแมน

สัญกรณ์สแลชของเฟย์นแมนถูกกำหนดโดย

สำหรับเวกเตอร์ 4 มิติใดๆ

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเอกลักษณ์ที่คล้ายคลึงกับตัวอย่างข้างต้น แต่ใช้สัญลักษณ์สแลชแทน:

  • [ 7 ]
  • [ 7 ]
  • [ 7 ]
    สัญลักษณ์ Levi-Civitaอยู่ที่ไหนและที่จริงแล้วร่องรอยของผลคูณของจำนวนคี่คือศูนย์ ดังนั้น
  • สำหรับnที่เป็นเลขคี่[ 8 ]

หลายอย่างเป็นผลโดยตรงจากการขยายสัญกรณ์สแลชและการย่อรูปนิพจน์ในรูปแบบที่มีเอกลักษณ์ที่เหมาะสมในรูปของเมทริกซ์แกมมา

การนำเสนอแบบอื่น

บางครั้งเมทริกซ์ก็ถูกเขียนโดยใช้เมทริกซ์เอกลักษณ์ 2×2 , , และ

โดยที่kมีค่าตั้งแต่ 1 ถึง 3 และ σ kคือ เมทริก ซ์ Pauli

ฐานดิแรก

เมทริกซ์แกมมาที่เราเขียนมาจนถึงตอนนี้เหมาะสมสำหรับการกระทำกับสปินเนอร์ของ Diracที่เขียนในฐาน Dirac ; อันที่จริง ฐาน Dirac ถูกกำหนดโดยเมทริกซ์เหล่านี้ สรุปได้ว่า ในฐาน Dirac:

หรือใช้ผลิตภัณฑ์ Kronecker :

ในฐาน Dirac ตัวดำเนินการผันประจุเป็นปฏิสมมาตรจริง[ 9 ] : 691–700

ฐานเวล์ (ไครัล)

อีกทางเลือกหนึ่งที่นิยมใช้คือ ฐาน Weylหรือฐานไครัลซึ่งยังคงเหมือนเดิมแต่แตกต่างกัน และดังนั้นจึงแตกต่างกันด้วย และเป็นแนวทแยง

หรือเขียนในรูปแบบที่กระชับกว่า:

ฐานWeylมีข้อดีตรงที่การฉายภาพไครัลมีรูปแบบที่เรียบง่าย

คุณสมบัติเอกเทศของการฉายภาพไครัลนั้นปรากฏชัดเจน

โดยการใช้สัญลักษณ์อย่างไม่ถูกต้อง เล็กน้อย และนำสัญลักษณ์เหล่านั้นกลับมาใช้ใหม่เราก็สามารถระบุได้

โดยที่ตอนนี้และตัวหมุนเวล์แบบสององค์ประกอบสำหรับคนถนัดซ้ายและถนัดขวา

ตัวดำเนินการผันประจุในฐานนี้เป็นตัวดำเนินการปฏิสมมาตรจริง

ฐาน Weyl สามารถหาได้จากฐาน Dirac ดังนี้

ผ่านการแปลงเอกภาพ

ฐานเวล์ (ไครัล) (รูปแบบอื่น)

ทางเลือกที่เป็นไปได้อีกทางหนึ่ง[ 10 ]ของฐาน Weyl คือ

การฉายภาพไครัลมีรูปแบบที่แตกต่างออกไปเล็กน้อยจากตัวเลือก Weyl อื่นๆ

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ

โดยที่และคือสปินเนอร์สององค์ประกอบ Weyl แบบมือซ้ายและมือขวา ตามลำดับ

ตัวดำเนินการคอนจูเกชันประจุในฐานนี้คือ

ฐานนี้สามารถได้มาจากฐาน Dirac ข้างต้นโดยใช้การแปลงเอกภาพ

ฐานมาโจรานา

นอกจากนี้ยังมี ฐาน มาโจรานาซึ่งเมทริกซ์ดิแรกทั้งหมดเป็นจำนวนจินตนาการ ในขณะที่สปินเนอร์และสมการดิแรกเป็นจำนวนจริง เมื่อใช้เมทริกซ์เปาลีฐานนี้สามารถเขียนได้ดังนี้

เมทริกซ์การผันประจุอยู่ ที่ไหนซึ่งตรงกับเวอร์ชันของ Dirac ที่กำหนดไว้ข้างต้น

เหตุผลที่ทำให้เมทริกซ์แกมมาทั้งหมดเป็นจำนวนจินตนาการก็เพื่อให้ได้เมตริกฟิสิกส์อนุภาค(+, −, −, −)ซึ่งมวลยกกำลังสองเป็นค่าบวก อย่างไรก็ตาม การแสดงผลแบบมาโจรานาเป็นจำนวนจริง เราสามารถแยกตัวประกอบ ออกมาเพื่อให้ได้การแสดงผลที่แตกต่างออกไป โดยมีสปินเนอร์จริงสี่องค์ประกอบและเมทริกซ์แกมมาจริง ผลที่ตามมาจากการกำจัดคือเมตริกเดียวที่เป็นไปได้ที่มีเมทริกซ์แกมมาจริงคือ( −, +, +, +)

ฐานมาโจรานาสามารถหาได้จากฐานดิแรกข้างต้นโดยใช้การแปลงเอกภาพ

Cl 1,3 (C) และ Cl 1,3 (R)

พีชคณิตของ Dirac สามารถถือได้ว่าเป็นการทำให้ซับซ้อนขึ้นของพีชคณิตจริง Cl 1,3 ( ) ซึ่งเรียกว่าพีชคณิตปริภูมิเวลา :

Cl 1,3 ( ) แตกต่างจาก Cl 1,3 ( ): ใน Cl 1,3 ( ) อนุญาตเฉพาะการรวมเชิงเส้น จริง ของเมทริกซ์แกมมาและผลคูณของเมทริกซ์เหล่านั้นเท่านั้น

มีสองสิ่งที่ควรชี้แจง เนื่องจากพีชคณิตคลิฟฟอร์ด Cl 1,3 ( ) และ Cl 4 ( ) เป็นไอโซมอร์ฟิก ดูการจำแนกประเภทของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดเหตุผลก็คือลายเซ็นพื้นฐานของเมตริกกาลอวกาศสูญเสียลายเซ็น (1,3) เมื่อเปลี่ยนไปสู่การทำให้เป็นเชิงซ้อน อย่างไรก็ตาม การแปลงที่จำเป็นในการนำรูปแบบทวิเชิงเส้นไปสู่รูปแบบแคนอนิกเชิงซ้อนไม่ใช่การแปลงลอเรนซ์ ดังนั้นจึงไม่ "อนุญาต" (อย่างน้อยที่สุดก็ทำได้ยาก) เนื่องจากฟิสิกส์ทั้งหมดเชื่อมโยงอย่างแน่นหนากับสมมาตรลอเรนซ์ และควรคงไว้ให้ปรากฏ

ผู้สนับสนุนพีชคณิตเชิงเรขาคณิตพยายามที่จะทำงานกับพีชคณิตจริงทุกครั้งที่เป็นไปได้ พวกเขาโต้แย้งว่าโดยทั่วไปแล้วเป็นไปได้ (และมักจะให้ความกระจ่าง) ที่จะระบุการมีอยู่ของหน่วยจินตนาการในสมการทางกายภาพ หน่วยดังกล่าวเกิดขึ้นจากปริมาณหนึ่งในหลายๆ ปริมาณในพีชคณิตคลิฟฟอร์ดจริงที่ยกกำลังสองได้ −1 และสิ่งเหล่านี้มีความสำคัญทางเรขาคณิตเนื่องจากคุณสมบัติของพีชคณิตและการปฏิสัมพันธ์ของปริภูมิย่อยต่างๆ ผู้สนับสนุนบางคนยังตั้งคำถามว่าจำเป็นหรือมีประโยชน์หรือไม่ที่จะแนะนำหน่วยจินตนาการเพิ่มเติมในบริบทของสมการดิแรก[ 11 ] : x–xi

ในคณิตศาสตร์ของเรขาคณิตแบบรีมันน์ เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดพีชคณิตคลิฟฟอร์ด Cl p,q ( ) สำหรับมิติp,q ใดๆ สปินเนอร์ของเวล์จะแปลงรูปภายใต้การกระทำของกลุ่มสปิน การทำให้กลุ่มสปินเป็นจำนวนเชิงซ้อน เรียกว่ากลุ่มสปินซีเป็นผลคูณของกลุ่มสปินกับวงกลมผลคูณเป็นเพียงสัญลักษณ์เพื่อระบุกับจุดสำคัญทางเรขาคณิตของเรื่องนี้คือ มันแยกสปินเนอร์จริง ซึ่งแปรผันร่วมภายใต้การแปลงลอเรนซ์ ออกจากส่วนประกอบ ซึ่งสามารถระบุได้กับเส้นใยของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าคือการพันกันของพาริตีและการผันประจุในลักษณะที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมโยงสถานะอนุภาค/ปฏิอนุภาคของดิแรก (เทียบเท่ากับสถานะไครัลในฐานเวล์) สปินเนอร์ของดิแรกตราบใดที่มันมีส่วนประกอบซ้ายและขวาที่เป็นอิสระเชิงเส้น ก็สามารถมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้ สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสปินเนอร์ Majoranaและสปินเนอร์ ELKO (Eigenspinoren des Ladungskonjugationsoperators) ซึ่งไม่สามารถ ( กล่าวคือเป็นกลางทางไฟฟ้า) เนื่องจากมีการจำกัดสปินเนอร์อย่างชัดเจนเพื่อไม่ให้มีปฏิสัมพันธ์กับส่วนที่มาจากการทำให้ซับซ้อน สปินเนอร์ ELKO เป็นสปินเนอร์คลาส 5 ของ Lounesto [ 12 ] : 84

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติร่วมสมัยในวิชาฟิสิกส์ พีชคณิตของ Dirac ยังคงเป็นสภาพแวดล้อมมาตรฐานที่ สปินเนอร์ของสมการ Dirac "ดำรงอยู่" มากกว่าพีชคณิตของปริภูมิเวลา

คุณสมบัติอื่นๆ ที่ไม่ต้องมีการแสดง

เมทริกซ์แกมมาสามารถทำให้เป็นเมทริกซ์ทแยงมุมได้ โดยมีค่าไอเกนสำหรับและค่าไอเกน สำหรับ

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้หมายความว่าเป็นทั้งเฮอร์มิเชียนและยูนิแทรีในเวลาเดียวกัน ในขณะที่เป็นทั้งแอนติเฮอร์มิเชียนและยูนิแทรีในเวลาเดียวกัน

นอกจากนี้ ค่าไอเกนแต่ละค่ามีจำนวนซ้ำกันสองค่า

โดยทั่วไปแล้ว หากไม่ใช่ค่าว่าง ผลลัพธ์ที่คล้ายกันก็ยังคงใช้ได้ เพื่อความชัดเจน เราจะจำกัดเฉพาะกรณีบรรทัดฐานที่เป็นบวกโดยที่กรณีที่เป็นลบก็จะได้ในทำนองเดียวกัน

ดังนั้น พื้นที่คำตอบของสมการ(นั่นคือ แกนหลักของด้านซ้ายมือ) จึงมีมิติเท่ากับ 2 ซึ่งหมายความว่า พื้นที่คำตอบสำหรับคำตอบคลื่นระนาบของสมการของดิแรกมีมิติเท่ากับ 2

ผลลัพธ์นี้ยังคงใช้ได้กับสมการ Dirac ที่ไม่มีมวล กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ถ้าnull แล้วnullity จะเป็น 2

เมทริกซ์ Dirac แบบยุคลิด

ในทฤษฎีสนามควอนตัมเราสามารถ หมุน แกนเวลาแบบวิก (Wick rotate) เพื่อเปลี่ยนจากปริภูมิ มีนคอฟสกี (Minkowski space)ไปสู่ปริภูมิยูคลิด (Euclidean space ) ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งใน กระบวนการ ปรับค่ามาตรฐาน บางอย่าง รวมถึงทฤษฎีเกจแบบแลตติส (Lattice gauge theory ) ในปริภูมิยูคลิด มีการแสดงเมทริกซ์ดิแรก (Dirac matrices) สองแบบที่ใช้กันทั่วไป:

การแสดงผลแบบไครัล

โปรดสังเกตว่าปัจจัยต่างๆได้ถูกแทรกเข้าไปในเมทริกซ์แกมมาเชิงพื้นที่แล้ว เพื่อให้พีชคณิตคลิฟฟอร์ดแบบยุคลิด

จะปรากฏขึ้น นอกจากนี้ยังควรสังเกตว่ามีรูปแบบอื่น ๆ ที่แทรกเข้าไปในเมทริกซ์ตัวใดตัวหนึ่งแทน เช่น ในโค้ด QCD แบบแลตติสที่ใช้ฐานไครัล

ในปริภูมิยูคลิด

โดยใช้ตัวผกผันการสลับตำแหน่งและสังเกตว่าในปริภูมิยูคลิดจะแสดงให้เห็นว่า

ในฐานไครัลในปริภูมิยูคลิด

ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงจากเวอร์ชันของมินคอฟสกี

การนำเสนอแบบไม่สัมพัทธภาพ

เชิงอรรถ

  1. เซตของเมทริกซ์a ) = ( γ μ , i γ 5 )โดยมี a = (0, 1, 2, 3, 4)เป็นไปตามพีชคณิตห้ามิติของคลิฟฟอร์ดa , Γ b } = 2 η ab

ดูเพิ่มเติม

การอ้างอิง

  1. ^คูกิน 2016
  2. ^โลนิโกร 2023
  3. ^ โยส ต์ 2002
  4. ^ Tong 2007บันทึกย่อทฤษฎีสนามควอนตัมเบื้องต้นเหล่านี้จัดทำขึ้นสำหรับนักศึกษาระดับปริญญาโท (Part III)
  5. ^ไวน์เบิร์ก 2002 , § 5.5.
  6. ^ de Wit & Smith 2012
  7. ^ a b c Feynman, Richard P. (1949). "แนวทางอวกาศ-เวลาสู่ควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์" . Physical Review . 76 (6): 769– 789. Bibcode : 1949PhRv...76..769F . doi : 10.1103/PhysRev.76.769 – via APS.
  8. ^ คาปลู นอฟสกี 2008
  9. ^ Itzykson & Zuber 2012
  10. ^คาคุ 1993
  11. ^เฮสเตเนส 2015
  12. ^โรดริเกสและโอลิเวียรา 2007
  • เมทริกซ์ Diracบน Mathworld รวมถึงคุณสมบัติของกลุ่มเมทริกซ์เหล่านั้น
  • เมทริกซ์ Dirac ในฐานะกลุ่มนามธรรมบน GroupNames
  • "เมทริกซ์ของ Dirac" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , EMS Press , 2001 [1994]
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gamma_matrices&oldid=1360077103 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เมทริกซ์แกมมา

ในฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์เมทริกซ์แกมมาหรือที่เรียกว่าเมทริกซ์ดิแรกคือชุดของเมทริกซ์แบบดั้งเดิมที่มี ความสัมพันธ์ การสลับตำแหน่ง เฉพาะ

โครงสร้างทางคณิตศาสตร์

คุณสมบัติสำคัญที่ทำให้เมทริกซ์แกมมาสามารถสร้าง พีชคณิตคลิฟฟอร์ด ได้ คือความสัมพันธ์การสลับตำแหน่งแบบผกผัน

โครงสร้างทางกายภาพ

พีชคณิตคลิฟฟอร์ดเหนือปริภูมิเวลา V สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเซตของตัวดำเนินการเชิงเส้นจริงจาก V ไปยังตัวมันเอง End( V ) หรือโดยทั่วไปแล้ว เมื่อ ทำให้เป็นเชิงซ้อน จะเป็นเซตของตัวดำเนินการเชิงเส้นจากปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อนสี่มิติใดๆ ไปยังตัวมันเอง กล่าวอย่างง่ายๆ...

การแสดงสมการของ Dirac

ใน หน่วยธรรมชาติ สมการของ Dirac สามารถเขียนได้ดังนี้