Jak to działa?
Nierówność Schwarza a fizyka cząstek elementarnych
Analizując proste zjawisko fizyczne, jakim było zderzenie dwóch cząstek,
odtworzyliśmy tym samym nierówność Schwarza dla (dowolnych!) liczb
nieujemnych
,
,
,
(nieujemność liczb w nierówności Schwarza
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
z pędem
i całkowitej energii
, jej czterowektor energii-pędu definiujemy jako
uporządkowaną czwórkę
i w skrócie piszemy
.
Jest to pojęcie analogiczne do pojęcia czterowektora położenia cząstki
. 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:

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

Zobaczmy, że (3) jest równoważna nierówności

a w języku czterowektorów i ich iloczynów skalarnych – nierówności

Zatem uzyskany główny wynik (3) jest niczym innym jak nierównością
Schwarza dla czterowektorów energii-pędu cząstek
i
! 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
, 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?