
【化】 ignorable coordinate
可遺坐标(Ignorable Coordinate)是分析力學中的核心概念,指在拉格朗日函數中不顯含的廣義坐标。該術語最早由約瑟夫·拉格朗日在1788年《分析力學》中提出,屬于經典力學體系的關鍵組成部分。
從數學形式表達,若系統拉格朗日函數滿足: $$ L(q_1,...,q_n,dot{q}_1,...,dot{q}_n,t) = L(q_k,dot{q}_k,t) quad (k eq i) $$ 則坐标$q_i$即為可遺坐标。此時對應的廣義動量$p_i=partial L/partial dot{q}_i$保持守恒,這種現象在物理學中稱為諾特定理的應用實例。
典型應用包括:
該概念的現代發展體現在哈密頓力學體系中,美國物理學會(APS)2020年的研究表明,可遺坐标的識别對量子場論對稱性分析仍具有指導價值(參見《Physical Review D》相關論文)。
可遺坐标是分析力學中的重要概念,其核心定義和特性如下:
可遺坐标(又稱循環坐标)指在拉格朗日函數( L )或哈密頓函數( H )中不顯式出現的廣義坐标。例如在有心力場中,質點運動的球坐标系((r, phi, theta))對應的拉格朗日函數為: $$ L = frac{1}{2}mleft( dot{r} + rdot{theta} + rsinthetadot{phi} right) - V(r) $$ 其中廣義坐标(phi)未顯式出現,因此(phi)是可遺坐标。
守恒定律
若坐标( q_i )為可遺坐标,對應的廣義動量( p_i = frac{partial L}{partial dot{q_i}} )守恒,即:
$$
frac{d}{dt}left( frac{partial L}{partial dot{q_i}} right) = 0 quad Rightarrow quad p_i = text{常數}
$$
例如上述有心力問題中,(phi)對應的角動量( p_phi = mrsinthetadot{phi} )守恒。
對稱性關聯
可遺坐标的存在反映了系統的對稱性(如空間旋轉對稱性導緻角動量守恒)。
注:更多數學推導可參考分析力學教材中關于拉格朗日方程與守恒律的章節。
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