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标题[问题] 自旋 in 场论
时间Sat Dec 7 23:49:23 2024
1
在[1] Weinberg QFT 1 ch.2 中 自旋跟质量是Lorentz group 的 Casimir invariant
其表现、态 用此二量子数 s 跟 m 来label、分类
[2]曹天予的20世纪场论的概念发展 写说自旋是外部对称性,
相对於规范对称性是种内部对称性而言。
但我记得很久以前看[3]霍金 时间简史 说自旋是种internal space 的旋转,
外部空间转θ,电子自旋1/2 转θ/2
很久以前看到那就停了,他画了扑克牌旋转2圈来说明fermion's spin,印象很深
(後来才接下去看,他讲暴胀的8卦)
电子自旋旋转不是种内部空间的旋转吗?
[4]Griffith的电磁学说:如果是想成电子本身在旋转,古典半径表面会超光速
[2]说自旋从Lorentz群得到,所以自旋是种 外部对称性
他说超对称也是,因为做两次超对称变换会得到时空平移
而规范对称才是 internal symmetry,
怎麽 [2]跟[3]、[4]说法回异
附带一提 [2]中译很烂,专有名词跟普通名词有些都乱翻
例如 power counting 方次记数、disconnected 居然翻成不连续
improper 翻成不规范,真叫人喷饭!
--
规范化一个全域对称性可以得到一个规范理论,
那global & local symmetry 似乎没什麽差别。
应该是差了後者要引入规范场
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1F:→ Eriri: 没有冲突 自旋是将旋转群做群表示後 自然出现的结构 并不是 12/08 01:30
2F:→ Eriri: 等於 自旋本身就是旋转 12/08 01:30
3F:→ Eriri: 这只是在说 自旋是可以被旋转群封闭作用的对象 白话来说 就 12/08 01:30
4F:→ Eriri: 是你可以把一个自旋粒子拿来旋转 而自旋不会改变 但状态 12/08 01:30
5F:→ Eriri: 还是会有变化(最常见的 自旋1/2的粒子在360度旋转後 会带 12/08 01:30
6F:→ Eriri: 有负号) 你该了解群表示的意义 12/08 01:30
我当然知道 spin ≠自转
我这只是问internal vs external symmetry
所以我会认为spin 是internal space的rotation,
不像 orbital 角动量是外部空间的旋转
Weinberg 提到Spin group 是Lorentz group 的2对1 univeral covering group
like SU(2) vs SO(3)
sl(2,C)=spin(3,1)=so(3) x so(3)/Z2
超空间应该是种内部空间,但曹天予居然把它归属於外部空间。
2.
Weinberg QFT I p251 (5.9.31)
提到电磁4-势 Aμ 的Lorentz 变换跟规范变换之形式一样
所以以前听徐一鸿演讲他好像说Lorentz变换是种规范变换
这样连 4-potential 都不是 Lorentz 4-vector了!
很奇怪为什麽external symmetry 会是种internal symmetry???
规范变换是local ,而Lorentz 是global symmetry,
这在普通QFT居然会扯在一起,太神奇,令人不解!!
7F:推 LeFilsDuVent: 可能重点在local vs global 12/08 10:14
8F:→ Eriri: 外部内部根本没有定义 必须要放在对应的语言脉络 12/08 11:00
9F:→ Eriri: 霍金说的External空间转动 转360度会回到原来的状态 但自 12/08 11:04
10F:→ Eriri: 旋不是啊 所以自旋当然不能看成是external转动 12/08 11:04
11F:→ Eriri: 而曹所谓的”外部”跟”内部” 意思看起来比较是指 变换後 12/08 11:09
12F:→ Eriri: 会不会改变对应的实体 或者有没有对应的外在对象 规范变换 12/08 11:09
13F:→ Eriri: 完全不会改变物理 规范只是定义理论的冗余度 12/08 11:09
14F:→ Eriri: 同样一个词 不同的书籍并不一定指涉同样的意义 特别有时候 12/08 11:10
15F:→ Eriri: 还有中英文的问题 虽然曹的用法不太好 但如果他是上述的意 12/08 11:10
16F:→ Eriri: 思 也不能说是错的 12/08 11:10
17F:→ Eriri: 还有 规范变换完全可以是global的 并不一定要是local的 当 12/08 11:13
18F:→ Eriri: 然 正是因为local的规范变化带来了对物理新的理解和衍生 才 12/08 11:13
19F:→ Eriri: 会特别取了名字 12/08 11:13
gauging a global symmetry to a gauge symmetry
令参数不是时空之函数,自然还原到原来的global symmetry
也有人把 large gauge transfomation 称做global 变换
或 finite 变换,即 非无穷小变换
20F:→ Eriri: 问题3是来自Weinberg特别的视角 倒不是一般QFT教科书会特别 12/08 13:33
21F:→ Eriri: 提及的 我也没怎麽详细推导过 12/08 13:33
22F:→ Eriri: 这是Weinberg当初的相关工作 12/08 13:35
24F:→ Eriri: 我的理解是 Weinberg的argument大概是 从S矩阵出发 如果要 12/08 13:36
25F:→ Eriri: 求S矩阵满足Lorentz 对称 那麽就会导致gauge invariance 12/08 13:36
26F:→ Eriri: 但这好像只对massless的情况 其实这也不一定那麽神奇 就像 12/08 13:37
27F:→ Eriri: 前面说的 gauge本来就是来源於一开始写下场论时出现的内蕴 12/08 13:37
28F:→ Eriri: 冗余自由度 如果从S矩阵理论出发 只聚焦S矩阵 说不定这种 12/08 13:37
29F:→ Eriri: 内蕴冗余自由度就被消纳了(当然这是我的猜测) 12/08 13:37
Weinberg's paper 起点太高,pole structure of S-matrix 先搁着
SUSY是结合外部跟内部对称性,你没搞懂问题在哪!
31F:→ Bugquan: 可以参考一下这个回答 12/08 13:54
32F:推 Bugquan: Weinberg 的书我是觉得不好读,爱用自己的记号然後有些 12/08 14:11
33F:→ Bugquan: 结论,我是觉得没这麽浅显易懂,我是觉得先读别的书有个 12/08 14:11
34F:→ Bugquan: 基本框架後,再看Weinberg的 12/08 14:11
他的书其实还不错,够严谨,通常都讨论最一般的cases,所以写得很复杂
他第5章用了一堆Lorentz invariance 来讲量子场 :纯量场、Dirac 场、向量场
所以以前第2章没看懂的地方,跳过就等於没看了。
他书的符号几乎都是惯用
没有爱用自己符号,
有点怀疑你没认真读过他的书
35F:推 LeFilsDuVent: 不是得要是local才能是gauge也才会是理论冗余度? 12/08 16:03
你可以举例说明吗?
我不知道为什麽要写下一个有redundant degree of freedom的规范场论?
But 杨振宁说 symmetry dictates interaction.
有规范对称性是有好处的,可以决定dynamics
有些QFT只有free case 有严谨定义:higher spin 、弯曲空间
听说有些甚至写不出interaction term,似乎太无趣了
36F:→ Eriri: 嗯 楼上你这麽说也是对的 12/08 18:24
37F:→ psion: 纯脆文字上的定义各家不同.Coleman把你所谓的外部对称叫 12/08 21:43
38F:→ psion: symmetry,把你所谓的内部对称叫invariance. 12/08 21:44
39F:→ psion: 所以最好别叫规范对称而要叫规范不变性 12/08 21:44
Coleman 的aspect of symmetry 我只有看有兴趣的章节
他的lecture notes 有印arxiv版本335页,还没读过。
但正式出书,居然比arxiv的多2倍,1195页
听说Weyl的科普书symmetry 谈到
对称性就是你把眼睛闭起来,却没发现别人把物品有无作变换(手脚)
物品完全没变化。
不过有人要用自己的习惯用法,没规定说不行
40F:→ Eriri: 规范理论有一些内涵跟定义 不同的作者或物理学家可能都有 12/09 01:38
41F:→ Eriri: 些微妙差异 12/09 01:38
42F:→ Eriri: 这有很多原因 一方面这是历史悠久 但却都依然时不时有新视 12/09 01:39
43F:→ Eriri: 角的领域 12/09 01:39
44F:→ Eriri: 另一方面 这大概跟QFT历史多少也有关 12/09 01:39
45F:→ Eriri: 从二战後成功应用在电动力学 但在六零年代却没法应用会在强 12/09 01:39
46F:→ Eriri: 作用力 当时很多物理学家其实放弃了QFT 而走向只聚焦於普 12/09 01:40
47F:→ Eriri: 遍性原理和从S矩阵出发的语言 12/09 01:40
48F:→ Eriri: 直到Weinberg和其他人的工作 成功将QFT应用在弱力和强力上 12/09 01:40
49F:→ Eriri: QFT才又再次复苏 成为了正统 12/09 01:40
50F:→ Eriri: 所以 不同时代的物理学家 对於规范理论的逻辑和内涵 可能会 12/09 01:41
51F:→ Eriri: 有些许微妙的不同 或者不同的理解视角 这些就造成了有时候 12/09 01:41
52F:→ Eriri: 有些名词或定义有点混淆 12/09 01:41
53F:→ Eriri: 当然 如果只是遵从现在大多数QFT的教科书 那其实差异倒还好 12/09 01:41
54F:→ Eriri: 只是…Weinberg毕竟是经历过S矩阵理论盛行的物理学家 他 12/09 01:41
55F:→ Eriri: 有很多理解和视角 跟现在很多正统QFT教科书是不太一样的 12/09 01:41
56F:→ Eriri: 特别是越新的场论教科书 逻辑跟顺序往往更一致 当然这也有 12/09 01:42
57F:→ Eriri: 点可惜 其实QFT有些内涵是值得被仔细检视的 12/09 01:42
58F:→ Eriri: 当然 也不一定非得觉得他的方法或视角就是绝对好的 他就承 12/09 01:43
59F:→ Eriri: 认过 自己当年就是因为更偏向正则量子化算符 没那麽喜欢路 12/09 01:43
60F:→ Eriri: 径积分的语言 才没法像t’Hooft一样找到重整化Yang-Mills理 12/09 01:43
61F:→ Eriri: 论的方法 12/09 01:43
62F:→ Eriri: 但大师毕竟是大师 很多东西不一定要全部理解 能欣赏任何一 12/09 01:45
63F:→ Eriri: 些都是很好的 Weinberg的QFT我一直只是当成参考的用书 从 12/09 01:45
64F:→ Eriri: 来没有认真读完 更没有推导里面式子 然而光是他怎前几章怎 12/09 01:45
65F:→ Eriri: 麽从基本原则出发 推论出量子场的数学性质和必然性 就已经 12/09 01:45
66F:→ Eriri: 印象深刻 感叹这是真正的物理思考 12/09 01:45
李昭辉跟Zinn-Justin紧接着't Hooft
Phys.Rev.D 5 (1972) 3121-3137 4篇 本来以为他们是用传统方法
看了一下还是用路径积分,应该是有人用正则量子化去证明可重整化
Schwinger 1950s有做过
Weinberg 应该没做过Geoffrey Chew 那种 S-matrix theory
bootstrap hypothesis、nuclear democracy
(後来发展成弦论的前身dual resonance model)
67F:推 Bugquan: 之前就听人说过觉得杨振宁对於规范的概念有点过时,没记 12/09 08:43
68F:→ Bugquan: 错的话杨在提出Yang–Mills後,就没继续做规范场相关的 12/09 08:43
69F:→ Bugquan: 工作了 12/09 08:43
70F:→ psion: to楼上:听说?听谁说?查论文有比听人说难很多吗? 12/09 11:01
71F:→ psion: 实际上杨对规范场的理解跟Klein-Pauli是不一样的 12/09 11:02
72F:→ psion: 当然 对那些想藉着打各种擦边球抹黑杨顺便抗中的 这些都不 12/09 11:03
73F:→ psion: 重要啦 是吧? 12/09 11:03
74F:推 Bugquan: 抗中==都在乱扯什麽,受不了 12/09 11:12
杨振宁在访谈时说 他不相信SSB最终可以解决质量间隙问题(规范场质量)
Yang & Mills论文只有3、4-顶点、....费曼规则
他对量子规范场论几乎没贡献
也许他对自己发明的理论没信心,所以去作别的
他说这是他的大失败
他後来还有做YM相关论文1975年
不过不觉得实际上有被中国人所吹嘘的影响那麽大、重要
YM th.跟纤维丛的关系,他自己也写说有10个人已经知道了,
见他的selected papers with commentary
Wu-Yang 讲不可积分相位因子,记得只不过把
Dirac monopole多做了规范变换,消去奇异的 Dirac string
Yang-Mills 论文是做中子跟质子交换胶子的SU(2)的规范场论
胶子是後见之明,那时不会叫这名字
不过中子跟质子应该是交换π介子,应该是用low energy effective theory 描述
π是南部-Goldstone粒子近似 chiral symmetry breaking後的无质量粒子
所以李政道曾说杨最早的模型是错的
正确的是夸克之间交换无质量胶子的SU(3) QCD
Pauli 1953年给写给Pais信,他无法解决规范场质量问题,
自觉得not even wrong 就没发表了
6维Einstein 重力理论做2维 Kaluza-Klein 紧致化後
得到4维 Einstein 重力理论 & 4维 Yang-Mills 理论
还有CN Yang发现Riemann 曲率公式跟规范场强度 F=dA+[A,A]公式的相似性
就落後Pauli 20多年了。
https://www.math.sinica.edu.tw/mathmedia/journals/4613
这篇更认为 Elie Cartan 是非阿贝尔规范理论的创始者 1926年
不知道是不是 只是一家之言吧了
https://en.wikipedia.org/wiki/Maurer-Cartan_form
我是觉得Cartan 顶多是用切丛 & moving frame 得到Ricci 曲率
似乎没用到主丛、G-bundle,这样怎能说得到 nonabelian gauge th.
维基的内容是後人整理重新诠释过的,
如果ST Yau 说 Cartan 1926年发明了比较难的 nonabelian gauge th.
那Weyl 1929年 Electron & gravitation 论文
发明了比较简单的 abelian gauge th.
难的nonabelian th 居然比简单的 abelian th. 还早发明,
这不就很奇怪,且 Weyl 只提了 spin conn. 、 tetrad、vielbein
却完全没提 Cartan 名字、G-丛,似乎 Weyl 不知 Cartan nonabelian th.的工作
照Yau 那样说,那似乎我也可以说
Maxwell 1860年代就已经发明了 abelian gauge th.
因为他已经知道电磁势差一个全微分,电磁场强度张量保持不变
维基上引用 Cartan 1904年法文论文,我无法判别他的connection
是用spin connection or gauge connection (Lie-algebra-valued 1-form)
扫视一下他1926年之後一些跟 moving frame 的英文书,似乎没提到李代数值1-形式
https://doi.org/10.1142/p781
arXiv:1210.3775 BlagojeviHehl: Gauge theories of gravitation
有Cartan 1922 & 1926 论文英译
还有问题就是,如果Cartan是用spin connection,
这岂不是说 Cartan 1904年就导出了 Einstein equation!?
那广义相对论的发明者要换人了!?
那广义相对论比狭义相对论还早发明!??
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还有谢谢Eriri 的回应,我弄懂了以前Weinberg ch.2不懂的地方,
之後再看看能不能直接跳到ch.5
感谢各位的回应。
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抗中是一定要抗的
https://reurl.cc/mR0NMj
但杨是中国人,怎会有人这麽白烂叫他抗中!
他老婆还是中国人耶,抗个鸟中!
CN杨跟TD李是促进中美建交 1971~1973年先後去中国的美国科学家的前几批人
翁帆在晨曦集:"大陆"国民党驻美人员在1970年代末期对杨振宁促成中美建交曾辱骂过他
原来是现在亲"大陆"共产党政权的"大陆"国民党在抹红杨振宁啊!真可笑!
李政道後来每年来台湾探亲,都要低调,不能有公开行程,(参见林清凉自传)
他母亲被蒋光头扣留在台湾不能赴美探视他
75F:→ WINDHEAD: Maurer-Cartan 其实就是把 nonabelian connection 12/11 15:34
76F:→ WINDHEAD: 最重要的部分给写清楚了. 这相当於研究 G-action 的 12/11 15:36
77F:→ WINDHEAD: deformation 刻画. 如果说考虑底流形切向量是算「横」的 12/11 15:36
78F:→ WINDHEAD: 那麽 Maurer-Cartan 就是把「垂直」的写给你看 12/11 15:37
79F:→ WINDHEAD: 再来Cartan看出切丛可以推广到纤维丛, 这就会自然得到 12/11 15:38
80F:→ WINDHEAD: nonabelian gauge th.(只是当时还不叫这名称) 12/11 15:38
81F:→ WINDHEAD: 然後以我粗浅的理解, 自旋是对角动量的补充, 或者说 12/11 15:39
82F:→ WINDHEAD: 轨道角动量要加上自旋角动量才是会守恒的总角动量 12/11 15:40
83F:→ WINDHEAD: 既然是总角动量的一部分,那麽对外部空间作旋转对称的 12/11 15:40
84F:→ WINDHEAD: 时候,她在spin上也会有representation, 只是这个repr. 12/11 15:41
85F:→ WINDHEAD: 不见得跟座标轴构筑的外部空间享有一样的旋转角度而已 12/11 15:42
86F:→ WINDHEAD: (我不是念物理的有错请指正) 书上讲的内部空间, 12/11 15:43
87F:→ WINDHEAD: 我比较喜欢用「内秉」这个词汇. 意思是我们没办法把 12/11 15:43
88F:→ WINDHEAD: 电子分拆成更小的部位,使得这些更小部位的空间对称性 12/11 15:44
89F:→ WINDHEAD: 能导出自旋角动量. 有些书说内部空间指的是一个思维 12/11 15:44
90F:→ WINDHEAD: 假想的空间,这个空间不是外部座标轴空间的一部分,但是 12/11 15:45
91F:→ WINDHEAD: 可以想像这个假想空间的旋转对称作用 12/11 15:45
你可以看一下Sakurai 2021 Modern QM ch.3 (3.64) (3.70)
SU(2)旋转群 spin 1/2 的表现
在空间旋转θ,spin 1/2 只旋转θ/2
量子力学可以用纤维丛数学语言来描述
底空间为 R^3 或者要扣掉一些奇点 for Dirac monopole case,
纤维为复1维的向量空间 C^1,可有规范群 U(1),波函数是复线丛的截面
https://en.wikipedia.org/wiki/Berry_connection_and_curvature
[5]侯伯元&侯伯宇 2004 物理学家用的微分几何 第387页
https://amslaurea.unibo.it/id/eprint/16776/1/tesi_mazzoni_finale_1.pdf
A fibre bundle approach to U(1) symmetries in physics
Michele Mazzoni 2018
92F:→ WINDHEAD: 这个纤维丛描述我印象最早 Barry Simon 就有写过 12/17 18:09
93F:→ WINDHEAD: 但很像用处不是很大, 因为他只是说符合纤维丛的语言 12/17 18:10
94F:→ WINDHEAD: 但并不是所有flat解都会对应到量子力学 12/17 18:11
95F:→ WINDHEAD: 所以你没办法完全用纤维丛来代替量力的推导 12/17 18:14
你前面说的垂直部分 fiber,在
[6]Nakahara的geometry,topology and physics
谈到BRS (或BRST)算子跟Faddeev-Popov ghost field的几何意义,
fiber 方向的变化中, 鬼场满足结构方程式
似乎是同一回事,
BUT,BRS symmetry在规范场论量子化是做了fix gauge後,residual symmetry
鬼场只是辅助场,并没有物理意义,不能当规范场.
所以不能当作Yang-Mills equation来看。
verrical 方向,鬼场用的是Cech (or BRS) cohomology s,满足结构方程
Cech-de Rham double complex s+d
但 horizonal 方向是规范场A的模空间(又称做 orbit space) U/G
U:规范场空间,G:李群
不是你说的切空间,切方向A满足Yang-Mills eq.
用的是一般的de Rham differential d
see [7]Bertlmann(1996)Anomalies in QFT p.348
[6]Nakahara p.514 & [5]
几何跟拓朴工具大大用在QFT上,very powerful,
自洽反常
Wess-Zumino consistency condition
Stora-Zumino chain of descent eq.
Witten 1987~89 Topological Quantum Field Theory
利用 descent eq. 造物理量,BRST态,即拓朴不变量 Donaldson invariants
※ 编辑: topstr (36.227.102.22 台湾), 04/16/2025 12:40:36