Przeskocz do treści

Delta mi!

Jak to działa?

Nierówność Schwarza a fizyka cząstek elementarnych

Tomasz Tkocz

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: marzec 2010
  • Publikacja elektroniczna: 18-06-2010
  • Autor: Tomasz Tkocz
    Afiliacja: student, Wydział Fizyki oraz Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Uniwersytet Warszawski

Analizując proste zjawisko fizyczne, jakim było zderzenie dwóch cząstek, odtworzyliśmy tym samym nierówność Schwarza dla (dowolnych!) liczb nieujemnych math , math , math , math (nieujemność liczb w nierówności Schwarza  math oczywiście nie uszczupla jej ogólności). Spróbujmy jeszcze spojrzeć na końcowy wynik (3) nieco ogólniej. W szczególnej teorii względności bardzo wygodnym pojęciem jest tzw.  czterowektor energii-pędu. Formalnie, dla poruszającej się cząstki o masie  math z pędem math i całkowitej energii  math, jej czterowektor energii-pędu definiujemy jako uporządkowaną czwórkę math i w skrócie piszemy math. Jest to pojęcie analogiczne do pojęcia czterowektora położenia cząstki math. Takie czterowektory można mnożyć skalarnie. Żeby jednak iloczyn skalarny miał sensowne własności, nie powinien zmieniać się przy przekształceniach niezmieniających fizycznego sensu teorii, tzw. przekształceniach symetrii. W naszym przypadku przekształceniem symetrii jest transformacja Lorentza, a niezmienniczy iloczyn skalarny definiuje się następująco:

display-math

gdzie math oznacza już zwykły iloczyn skalarny w przestrzeni trójwymiarowej. Zauważmy, że wówczas długość czterowektora to po prostu

pict

Zobaczmy, że (3) jest równoważna nierówności

display-math

a w języku czterowektorów i ich iloczynów skalarnych – nierówności

display-math

Zatem uzyskany główny wynik (3) jest niczym innym jak nierównością Schwarza dla czterowektorów energii-pędu cząstek math i  math! Tyle że zwrot tej nierówności jest w przeciwną stronę w stosunku do klasycznej nierówności Schwarza, co wynika ze szczególnej postaci iloczynu skalarnego. Stwierdzenie, że zachodzi (3), można więc wyprowadzić bez żadnych, czynionych przez nas pracowicie, rozważań kinematycznych dla cząstek math, po prostu powołując się na (4). Nierówność Schwarza (4) jest z kolei, jak widzieliśmy, naturalną konsekwencją tego, że iloczyn skalarny czterowektorów ma dobry sens fizyczny.

Dla autora przedstawione powyżej odkrycie nierówności w prawach fizyki było wstrząsającym i jednocześnie bardzo radosnym przeżyciem. Może Czytelnik zna fizyczny dowód jakiejś innej klasycznej nierówności?