Lorentz dönüşümü

Fizikte, Lorentz dönüşümü (veya dönüşümleri) adını Hollandalı fizikçi Hendrik Lorentz'den almıştır. Lorentz ve diğerlerinin referans çerçevesinden bağımsız ışık hızının nasıl gözlemleneceğini açıklama ve elektromanyetizma yasalarının simetrisini anlama girişimlerinin sonucudur. Lorentz dönüşümü, özel görelilik ile uyum içerisindedir. Ancak özel görelilikten daha önce ortaya atılmıştır.

Dönüşümler iki gözlemci tarafından ölçülen uzay ve zaman ölçümlerinin nasıl ilişkili olduğunu açıklar. Farklı hızlarda hareket eden gözlemcilerin farklı uzunluklar, geçen zamanlar, ve hatta farklı olayların sıralamaları ölçebileceği gerçeğini yansıtır. Mutlak uzay ve mutlak zaman varsayımında bulunan Newton fiziğinin Galile dönüşümünün (bkz: Galile Değişmezliği) yerini alır. Galile dönüşümü sadece ışık hızından çok daha küçük, göreli hızlarda iyi bir yaklaşımdır.

Minkovski uzayı'nda, Lorentz dönüşümleri herhangi iki olay arasında uzay aralığını korumaktadır. Bunun kökeni de sabit kalan uzay-zamanda sadece olay dönüşümlerini tanımlamak, böylece hiperbolik dönme olarak kabul edilebilir bir Minkovski uzayı elde edilir ve ayrıca bu dönüşümlerin çevirilerinin daha genel kümesi Poincaré grubu olarak da bilinir.

Woldemar Voigt, George FitzGerald, Joseph Larmor ve Hendrik Lorentz'in kendisi dahil birçok fizikçi 1887'den beri bu eşitlikler ile kastedilen fizik konularını tartışıyordu.

Oliver Heaviside 1889'un başında Maxwell denklemlerinden yükün küresel bir dağılım olduğunu küresel simetri'sinin olduğunu göstermişti,bunu çevreleyen elektrik alanı'nın yükün etere göre hareketinden sonra küresel simetrisinin kalkacağını söyledi. FitzGerald bu Heaviside bozulmasına moleküller arası güç sonuçlarını ekledi. Birkaç aydan sonra, FitzGerald hareketli cismin büzülmesi varsayımını yayınlarak 1887 Michelson ve Morley'nin eter-rüzgarı deneyininin şaşırtıcı sonucunu açıkladı. 1892'de Lorentz, daha sonra FitzGerald–Lorentz büzülme hipotezi olarak adlandırılacak olan aynı fikri bağımsız olarak ve daha detaylı bir şekilde sundu.

Esîr hipotezine inanan Lorentz (1892–1904) ve Larmor (1897–1900), esîrden, hareketli bir çerçeveye dönüştürüldüğünde sabit kalan Maxwell denklemleri altındaki dönüşümü araştırıyordu. FitzGerald–Lorentz kısalma hipotezinini genişlettiler ve zaman koordinatının tıpkı yerel zaman gibi değiştirilmiş olması gerektiğini buldular. Henri Poincaré, yerel zamana, ışık hızının hareketli çerçevelerde sabit olduğu varsayımı altında saat senkronizasyonunun bir sonucu olduğu yorumunu kattı. Larmor'un kritik zaman genişlemesinin, onun denklemlerinin doğal bir özelliği olduğunu anlayan ilk kişi olduğu bilinir.

Aynı yılın sonlarında Albert Einstein, görelilik ilkesi ve ışık hızının sabit olduğu varsayımı altında ve esîr hipotezini terk ederek, Lorentz dönüşümünü genişletti ve şimdiki adıyla özel göreliliği yayımladı.

Her biri uzay ve zaman aralıkları ölçmek için kendi Kartezyen koordinat sistemini kullanan O ve O'′ gibi iki gözlemci düşünün. O (t,x,y,z) ve O'′ (t'′,x'′ ,y'′,z'′) kullansın. Koordinat sistemlerini 3 boyut odaklı olduğunu varsayalım böylece, x-ekseni ve x'′-ekseni doğrudaş, y-ekseni ve y'′-ekseni paralel ve z-ekseni ve z'′-ekseni paralel olsun. Ortak x ekseni boyunca Iki gözlemci arasındaki göreceli hız olan v; O ölçeği O′ ve O'′ taşıyan hız v ile xx'′ ekseni boyunca üstüstedir; eğer O ölçeği O′ taşıyan hız v ise xx'′ eksen boyunca üst üstedir. Ayrıca koordinat sistemlerinin merkezi aynı, zaman ve pozisyonları üstüsüte, yani aynı olduğunu varsayalım. Bu durum koordinat sistemleri standart yapılandırma içinde olarak ifade edilir.

Bir Lorentz dönüşümünün tersi, koordinatları tam tersi yönde ilişkilendirir; (t'′, x'′, y'′ ,z'′) ölçekli O'′ dan (t, x, y, z) Oya, böylece t, x, y, z, t'′,' 'x'′ ,y'′ ,z'′ ye bağlıdır. Matematiksel model, orijinal dönüşüm ile neredeyse aynıdır. Tek fark tek tip bağıl hız olumsuzlaması olan ( v'′den -v'ye) astarlı ve astarsız miktarda değişim, çünkü O'′ 'v hızda O ya göre hareket eder ve eşdeğer, O hareket -v hızda O' ya göre hareket eder. Her ne kadar daha temelde bu simetri, ters dönüşüm (olan değişme ve olumsuzlama ezberci cebir bir sürü kaydeder yürüten) bulmak için zahmetsiz hale getiriyor; bu tüm fiziksel yasaları bir Lorentz dönüşümü altında değişmeden kalması gerektiğini vurgulamaktadır.

Buraya kadar olan denklemler yalnızca x-yönünde artış içindi. Standart yapılandırma x yerine y veya z yönünde de eşit ölçüde iyi çalışır ve böylece sonuçlari da benzerdir.

burada δij Kronecker deltadır.,ve: Latin harfleri için uzaysal bileşen 1, 2, 3, değerlerini alır ve 4-vektör (yunan harfi burada alınan değerler olan 0, 1, 2, 3 uzay ve zaman bileşenleri içindir.).

Dönüşüm yalnızca "hareket," değildir i.e., x, y gibi iki çerçevenin sürekli bir dönüşümü, ve z ekseni paralel uzayzaman merkezleri denk olanıdır. En genel ayrıca üç eksende bir dönme içeren uygun Lorentz dönüşümüdür,çünkü iki hareketin(boost) yapısı, saf bir boost değil ama bir rotasyonu bir hareket izler .Bu dönüş(rotasyon), Thomas devinimi'ne yol açar. Bu boost(hareket) bir simetrik matris tarafından verilir, ama genel Lorentz dönüşüm matrisinin simetriğe ihtiyacı yoktur.

Böylece, Minkovski uzayı koordinatlarında Lorentz dönüşümünün hiperbolik rotasyonu gösterilebilir. Buradaϕ parametresi rotasyonun hiperbolik açısının gösterimidir, sıklıkla hız kaynaklıdır. Bu dönüşüm bazen yukarıda görüntülendiği gibi bir Minkowski diyagramı ile gösterilebilir.

Böyle bir dönüşüm Poincaré dönüşümü]] veya homojen olmayan Lorentz dönüşümü olarak adlandırılır. The Ca Bir uzay zaman çevrimini temsil etmektedir.Daha sonra Ca = 0,homojen Lorentz dönüşümü,veya basit bir Lorentz dönüşümü olarak adlandırılır.

Yanlış Lorentz dönüşümleri det(Λμν) = −1 dır, Herhangi iki yanlış Lorentz dönüşümünün bir ürünü uygun bir Lorentz dönüşümü olacak sekilde bir alt grup oluşturmazlar.

Poincaré dönüşümleri kümesi bir grup özellikleri taşır ve Poincaré grubu olarak adlandırılır.Erlangen programı adı altında Lorentz dönüşümlerini birleştiren Poincaré grubu tarafından tanımlanan geometrik gösterimi Minkovski uzayı olarak görülebilir.Benzer bir şekilde,tüm Lorenz dönüşümler grubu,bir grup oluşturur, adı Lorentz grubu'dur.