先備知識拉格朗日量與作用量的駐定條件動量守恆的原因

對稱性與守恆定律

在光滑的地板上,將位於1 kg⁠與3 kg⁠物體之間的彈簧壓縮,待兩物體都靜止後放手。

自然長に戻ったとき、3 kg⁠の速さは1 kg⁠の何倍か?

用公式解釋現象

  1. 1考慮L⁠不含位置的情況∂L∂x = 0⇒⁠p = ∂L∂x = 定值……
  2. 2寫出2⁠個物體的LL=⁠½ m₁ x₁² + ½ m₂ x₂²− U(x₂ − x₁)……
  3. 3將2⁠個物體沿相同方向平移相同距離⁠ax₁ → x₁ + a,x₂ → x₂ + a⇒⁠∂L∂x₁ + ∂L∂x₂ = 0……
  4. 4將2⁠個物體各自的歐拉–拉格朗日方程式相加d(p₁ + p₂)dt=⁠0……
  5. 5應用於原先靜止的2⁠個物體m₁ v₁ + m₂ v₂=⁠0⇒⁠|v₂||v₁| = m₁m₂……
  6. 6定義可能的守恆量H⁠,並檢視其隨時間的變化dHdt=⁠p x + p x− (∂L∂x) x− (∂L∂x) x− ∂L∂t……
  7. 7消去互相抵消的項∂L∂t = 0⇒⁠H = ∑ᵢ pᵢ xᵢ − L = 定值……
  8. 8由動量守恆與能量守恆求出兩物體的速率½ k d²=⁠½ m₁ v₁² + ½ m₂ v₂²……
  9. 9將右側物體固定在地板上固定時:p₁ + p₂ 並非定值⁠,由能量守恆可得½ m₁ v₁² = ½ k d²……
  10. 進階:旋轉對稱性、外界作功、相位與摩擦
  11. 10考慮旋轉後仍不變的L∂L∂θ = 0⇒⁠m r² θ = 定值……
  12. 11使彈簧常數隨時間改變k(t) = k₀(1 + ε cos 2ω₀t)⇒⁠dHdt = ½ (dkdt) x²⁠,一般而言不為0……
  13. 12整理對應關係連續對稱性→⁠對應的守恆量……
  14. 13改變波的相位薛丁格場的作用量的相位對稱性→⁠總機率守恆……
  15. 14重新檢視有摩擦的情況力學能→⁠地板與物體的內能……