需要先学习的内容拉格朗日量与作用量的驻定条件动量守恒的原因

对称性与守恒定律

在光滑地面上,将位于1 kg⁠和3 kg⁠两个物体之间的弹簧压缩,待两个物体都静止后松手。

自然長に戻ったとき、3 kg⁠の速さは1 kg⁠の何倍か?

用公式解释现象

  1. 1考虑L⁠不含位置的情况∂L∂x = 0⇒⁠p = ∂L∂x = 常量……
  2. 2写出两个物体的LL=⁠½ m₁ x₁² + ½ m₂ x₂²− U(x₂ − x₁)……
  3. 3将两个物体沿同一方向平移相同的距离ax₁ → x₁ + a,x₂ → x₂ + a⇒⁠∂L∂x₁ + ∂L∂x₂ = 0……
  4. 4将两个物体各自的欧拉–拉格朗日方程相加d(p₁ + p₂)dt=⁠0……
  5. 5应用于两个初始静止的物体m₁ v₁ + m₂ v₂=⁠0⇒⁠|v₂||v₁| = m₁m₂……
  6. 6定义可能守恒的量H⁠,考察其随时间的变化dHdt=⁠p x + p x− (∂L∂x) x− (∂L∂x) x− ∂L∂t……
  7. 7消去相互抵消的项∂L∂t = 0⇒⁠H = ∑ᵢ pᵢ xᵢ − L = 常量……
  8. 8由动量守恒和能量守恒求出两个物体的速率½ k d²=⁠½ m₁ v₁² + ½ m₂ v₂²……
  9. 9将右侧物体固定在地面上固定时:p₁ + p₂不是常量⁠,由能量守恒可得½ m₁ v₁² = ½ k d²……
  10. 拓展:旋转对称性、外界做功、相位与摩擦
  11. 10考虑旋转时保持不变的L∂L∂θ = 0⇒⁠m r² θ = 常量……
  12. 11使弹簧劲度系数随时间变化k(t) = k₀(1 + ε cos 2ω₀t)⇒⁠dHdt = ½ (dkdt) x²⁠,一般不为0……
  13. 12归纳对应关系连续对称性→⁠对应的守恒量……
  14. 13改变波的相位薛定谔场的作用量的相位对称性→⁠总概率守恒……
  15. 14重新考察存在摩擦的情况机械能→⁠地面和物体的内能……