Jak to działa?
Nierówność Schwarza a fizyka cząstek elementarnych
Czytelnik z pewnością zetknął się z tytułową nierównością Schwarza, która w najprostszym przypadku mówi, że dla liczb rzeczywistych zachodzi
(*) |
Interpretacja geometryczna jest jasna. Chodzi o to, że iloczyn skalarny dwóch wektorów , na płaszczyźnie, który wynosi , nie przekracza iloczynu ich długości, bowiem można wartość iloczynu skalarnego obliczyć także jako .
Często twierdzenia matematyczne mają także przyjemną interpretację fizyczną (np. wiele twierdzeń z rachunku różniczkowego i całkowego). Okazuje się, że nierówność Schwarza jest zaszyta, jak za chwilkę zobaczymy, dosyć głęboko w elementarnych prawach mikroświata i relatywistycznych prędkości.
Rozważmy cząstkę elementarną , która rozpada się na dwie cząstki i , poruszające się w przeciwne strony w ich układzie środka masy (np. kaon rozpadający się na parę pionów ). Wobec tego, że cząstka spoczywa, jest intuicyjnie jasne, że masy cząstek spełniają nierówność
Rzeczywiście, analizując bilans energii w układzie środka masy, stwierdzamy, że energia układu przed reakcją wynosiła , po reakcji zaś
skąd
Ale jak wygląda sytuacja z naszej perspektywy, czyli w układzie laboratorium (w skrócie LAB)? Z transformacji Lorentza mamy
stąd
skąd
Wracając, mamy nierówność
Uwzględniając, że
podnosząc ostatnią nierówność stronami do kwadratu, skracając obustronnie przez i upraszczając, dostajemy