The God has created a man in order that he creates that the God fails to do
Wednesday, 27 June 2012
Monday, 18 June 2012
My book: Generalized Hamiltonian Formalism for Field Theory
Generalized Hamiltonian Formalism for Field Theory
(World Scientific, Singapore, 1995 )
G. SARDANASHVILY
Preface
Classical field theory utilizes traditionally the language of Lagrangian
dynamics.
The Hamiltonian approach to field theory was called into play mainly for
canonical quantization of fields by analogy with quantum mechanics. The major
goal of
this approach has consisted in establishing simultaneous commutation
relations of
quantum fields in models with degenerate Lagrangian densities, e.g.,
gauge theories.
In classical field theory, the conventional Hamiltonian formalism fails
to be so
successful. In the straightforward manner, it takes the form of the
instantaneous
Hamiltonian formalism when canonical variables are field functions at a
given instant of time. The corresponding phase space is infinite-dimensional.
Hamiltonian
dynamics played out on this phase space is far from to be a partner of
the usual Lagrangian dynamics of field systems. In particular, there are no Hamilton equations
in the bracket form which would be adequate to Euler-Lagrange field
equations.
This book presents the covariant finite-dimensional Hamiltonian machinery
for
field theory which has been intensively developed from 70th as both the
De Donder
Hamiltonian partner of the higher order Lagrangian formalism in the
framework of
the calculus of variations and the multisymplectic (or polysimplectic)
generalization
of the conventional Hamiltonian formalism in analytical mechanics when
canonical
momenta correspond to derivatives of fields with respect to all world
coordinates,
not only time. Each approach goes hand-in-hand with the other. They
exemplify
the generalized Hamiltonian dynamics which is not merely a time
evolution directed
by the Poisson bracket, but it is governed by partial differential equations where
temporal and spatial coordinates enter on equal footing. Maintaining
covariance
has the principal advantages of describing field theories, for any
preliminary spacetime splitting shades the covariant picture of field
constraints.
Contemporary field models are almost always the constraint ones. In field
theory,
if a Lagrangian density is degenerate, the Euler-Lagrange equations are
underdetermined and need supplementary conditions which however remain elusive
in general. They appear automatically as a part of multimomentum Hamilton equations. Thus,
the universal procedure is at hand to canonically analize constraint field
systems on the covariant finite-dimensional level. This procedure is applied to
a number of
contemporary field models including gauge theory, gravitation theory,
spontaneous
symmetry breaking and fermion fields.
In the book, we follow the generally accepted geometric formulation of
classical
field theory which is phrased in terms of fibred manifolds and jet spaces.
Contents
1 Geometric Preliminary
1.1 Fibred manifolds
1.2 Jet spaces
1.3 General connections
2 Lagrangian Field Theory
2.1 Lagrangian formalism on fibred manifolds
2.2 De Donder Hamiltonian formalism
2.3 Instantaneous Hamiltonian formalism
3 Multimomentum Hamiltonian
Formalism
3.1 Multisymplectic Legendre bundles
3.2 Multimomentum Hamiltonian forms
3.3 Hamilton
equations
3.4 Analytical mechanics
3.5 Hamiltonian theory of constraint systems
3.6 Cauchy problem
3.7 Isomultisymplectic structure
4 Hamiltonian Field Theory
4.1 Constraint field systems
4.2 Hamiltonian gauge theory
4.3 Electromagnetic fields
4.4 Proca fields
4.5 Matter fields
4.6 Hamilton
equations of General Relativity
4.7 Conservation laws
5 Field Systems on Composite
Manifolds
5.1 Geometry of composite manifolds
5.2 Hamiltonian systems on composite manifolds
5.3 Classical Berry ’s
oscillator
5.4 Higgs fields
5.5 Gauge gravitation theory
5.6 Fermion fields
5.7 Fermion-gravitation complex
Friday, 8 June 2012
Our book in Spanish: D.Ivanenko, G.Sardanashvili, Gravitación
En
el libro se expone el punto de vista moderno de la teoría de la gravitación,
sus éxitos y dificultades, así como las posibilidades de incorporarla en la
teoría unificada de las partículas elementales con ayuda de los modelos gauge y
generalizados. Se narra la historia de la creación de la teoría de la
relatividad y se exponen sus fundamentos. Se analizan los problemas de los
sistemas de referencia, la energía del campo gravitatorio, las
singularidades gravitatorias y la cuantificación de la gravitación.
Gravitación (PDF)
Gravitación (PDF)
Prólogo
a la edición en español
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Introducción.
Historia y problemas de la teoría de la gravitación
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1
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Teoría
relativista de la gravitación
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1.
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El espacio-tiempo
de Minkowski
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2.
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El espacio-tiempo
en la teoría de la gravitación de Einstein
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3.
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Fundamentos
de la geometría de la TGR
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4.
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Las
ecuaciones de la teoría de la gravitación
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5.
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Catálogo de campos gravitatorios
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6.
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Confirmación
experimental de la TGR
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Ley de
gravitación de Newton
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Principio de equivalencia
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Corrimiento gravitatorio al rojo
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Desviación
de la luz debido al Sol
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Precesión
de las órbitas planetarias
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Localización
láser de la Luna
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Precesión
de un giroscopio en una órbita próxima a la Tierra
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Radiolocalización de planetas
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Ondas gravitatorias
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2
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Enfoques
modernos en la teoría de la gravitación
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1.
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El principio
de relatividad y el problema de los sistemas de referencia
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2.
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El principio
de equivalencia y la partición (3+ 1)
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3.
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El problema
de la energía del campo gravitatorio
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4.
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Singularidades gravitatorias
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5.
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Cosmología moderna
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El problema
de la singularidad
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El problema
de la homogeneidad y la isotropía
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El problema
de la planitud
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3
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Gravitación y partículas elementales
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1.
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Elementos
de la teoría de grupos y la tabla de las partículas elementales
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2.
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Teoría de
los campos gauge y el programa de la Gran Unificación
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3.
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Teoría
gauge de la gravitación
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4.
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Generalizaciones
de
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5.
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Gravitación cuántica
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Creación
de partículas en un espacio con torsión
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Campo de torsión colectivo
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6.
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Superunificación
de la gravitación y las partículas elementales
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Bibliografía
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Índice de autores
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Índice de materias
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El presente libro está dirigido a estudiantes que
apenas se inician en el estudio de la teoría de la gravitación.
Su objetivo es dar a conocer al lector las ideas y problemas de la teoría
de la gravitación, los cuales, generalmente, no encuentran lugar en los textos
de estudio para gravitacionistas principiantes. La mayoría de estos textos
de estudio se limita a la teoría general de la relatividad de Einstein y a la
geometría seudoriemanniana del espacio-tiempo. En la bibliografía al final
del libro se indican al inicio tres colecciones de resúmenes de artículos que
cubren muchos de los temas tratados aquí.
La concepción einsteiniana de la gravitación como un
campo geometrizado se mantiene en el centro de la atención, ya sea como una
teoría no sujeta, según la opinión de muchos autores, a variaciones de
ningún tipo, ya sea como uno de los modelos de gravitación más elaborados y
consistentes con los experimentos, y sobre cuya base se construyen todas
las demás generalizaciones.
Al mismo tiempo, la teoría general de la relatividad de
Einstein se encontró con todo un conjunto de problemas internos serios, notados
ya desde los tiempos de su creación, pero que han sido encubiertos por los
éxitos de la teoría einsteiniana, por lo cual la discusión alrededor de ellos
renació sólo en los años 60--70. Se trata del problema de los sistemas de
referencia, las dificultades que presenta la búsqueda de una expresión para la
energía del campo gravitatorio, de las singularidades gravitatorias y del
problema de la geometría de fondo, entre otros. Por ejemplo, ni siquiera está
claro cuál es la fuente física del espacio de Minkowski y qué determina la
geometría y la topología del espacio en las regiones desiertas entre los
cúmulos de galaxias. Los intensos esfuerzos por superar estas dificultades no
han tenido éxito hasta el momento, pero han estimulado la búsqueda de nuevos
métodos en la teoría de la gravitación, así como el surgimiento de diversos
enfoques de revisión, ampliación y generalización de la TGR einsteiniana. A esto
se debe agregar que la verificación experimental directa (sin hablar
de las observaciones astrofísicas y cosmológicas) se limita por ahora,
prácticamente, a la primera aproximación postnewtoniana, dejando grandes
posibilidades a los modelos alternativos. En la actualidad nos vemos
obligados a hablar no de la teoría, sino de muchas teorías de la gravitación, las
cuales conforman un catálogo bastante amplio.
Un motivo importante para el desarrollo y la
generalización de la teoría de la gravitación fue siempre la tendencia a
establecer la conexión de la gravitación con otras interacciones fundamentales.
Estimulado por los éxitos de la física de altas energías, este problema salió a
un primer plano. La base reconocida de tal unificación es la teoría gauge.
Se han propuesto diferentes modelos gauge de gravitación y en todos ellos
la gravitación clásica y la cuántica se describen mediante dos campos
geométricos independientes. Estos campos son, al igual que en la TGR , la métrica
seudoriemanniana (o campo tetrádico) y la conexión lorentziana, la
cual desempeña el papel de potencial gauge de la interacción gravitatoria. Así
pues, la geometría de la teoría gauge de la gravitación se encuentra lejos de
la sencillez de la geometría seudoriemanniana de la TGR de Einstein, es la
geometría afinométrica y la geometría de Klein--Chern de invariantes
lorentzianos. En el lenguaje de la teoría gauge, se puede decir que la
teoría de la gravitación es una teoría con violación espontánea de las
simetrías espaciotemporales, donde la simetría exacta es el grupo de Lorentz.
Esta violación espontánea de las simetrías se deduce del principio de
equivalencia, y su trasfondo físico es la existencia de materia
fermiónica, la cual no admite transformaciones general-covariantes de la arena
geométrica, sino, únicamente, transformaciones del grupo de Lorentz.
El correspondiente campo de Higgs es el campo gravitatorio geométrico de la TGR. Esto aclara, junto
con la naturaleza geométrica de la gravitación, la particularidad de la
gravitación como campo físico.
La violación espontánea de la simetría es un fenómeno
cuántico condicionado por la existencia de un conjunto de vacíos
no-equivalentes. Este fenómeno se simula mediante el campo clásico de Higgs,
cuyas características son inherentes también al campo gravitatorio. Una
confirmación indirecta de la existencia del vacío de Higgs fue proporcionada por
los experimentos de búsqueda de los bosones intermedios, responsables de la
interacción electrodébil. Sus masas corresponden a los valores pronosticados
por la teoría de Weinberg--Salam. Los campos de Higgs están presentes casi en
todos los modelos modernos de las interacciones fundamentales. Estos campos
aparecen también en la mayoría de escenarios cosmológicos que describen el
estadio inflacionario del Universo temprano. Más aún, los datos de las
observaciones cosmológicas se convirtieron en un criterio de elección de unas u
otras teorías de unificación de las partículas elementales.
La variedad de modelos de gravitación está acompañada
de una variedad de métodos matemáticos, utilizados actualmente en la teoría de
la gravitación. Entre ellos se cuentan los espacios fibrados, las variedades de
chorros (jet manifolds), la geometría espinorial compleja, las
supervariedades, las cuerdas y membranas, la geometría no-conmutativa,
etcétera. Es de aceptación general que, precisamente, la geometría
diferencial es la que proporciona una formulación adecuada de la teoría de
campos clásica, cuando los campos clásicos se describen como secciones de
fibrados. De esta manera, al nivel de los campos clásicos, la conocida
hipótesis de los años 20 de la posibilidad de una geometrización de todas las
interacciones se hizo realidad.
Saturday, 2 June 2012
Nobel laureates inscriptions on the walls of Ivanenko's office in Moscow State University
Seven Nobel Laureates: P.A.M. Dirac, H. Yukawa, N.Bohr,
I.Prigogine, S.Ting, M. Gell-Mann, G. 't Hooft wrote their famous inscriptions with a chalk on
the walls of Ivanenko's office in Moscow
State University :
"Physical law should
have mathematical beauty" (P.A.M. Dirac, 1956)
"Nature is simple in
its essence" (H. Yukawa, 1959)
"Contraria non
contradictoria sed complementa sunt" (N.Bohr, 1961)
"Time precedes existence"
(I.Prigogine, 1987)
"Physics is
an experimental science" (S.Ting, 1988)
"Nature Conformable to
Herself in Complexity" (M. Gell-Mann, 2007)
"History repeats itself
and will continue to do so, but not in a predictable manner" (G. 't
Hooft, 2011)
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