¿Qué es una magnitud pseudoscalar? ¿La carga eléctrica es de magnitud escalar o seudoescalar?

La magnitud pseudoscalar sería simplemente la magnitud de un pseudoscalar, en otras palabras, su valor absoluto. Tanto los escalares como los pseudoescalares son valores únicos que no cambian bajo las rotaciones de un espacio. Un valor escalar no cambia los valores bajo transformaciones de paridad, o transformando un espacio a su imagen especular, mientras que un pseudoescalar voltea su signo. Podemos ver que la magnitud pseudoscalar, curiosamente, no es un pseudoscalar sino un escalar porque ya no representará un cambio de signo bajo transformaciones de paridad debido a que es un valor absoluto.

La carga eléctrica es escalar. La carga es un valor único (es decir, no un vector) y podemos imaginar con bastante facilidad que la carga no cambiará bajo rotaciones a un espacio. La pregunta más difícil de responder sería si voltea o no los signos bajo transformaciones de paridad, o refleja las imágenes en un espacio. Es difícil explicar fundamentalmente por qué es un escalar, pero puedo demostrar brevemente que lo es. Para ilustrar esto mejor, consideremos también la carga magnética para comparación porque, por otro lado, es un pseudoescalar.

Consideremos dos ecuaciones simples que involucran Fuerza, Campo eléctrico, Campo magnético, Carga eléctrica y Carga magnética.

[matemáticas] F = q_ {e} E [/ matemáticas]

[matemáticas] F = q_ {m} B [/ matemáticas]

La forma en que las cosas “cambian” bajo transformaciones de paridad debe ser la misma en ambos lados de cualquier ecuación. Resulta que los vectores son algo análogos, tenemos vectores polares que se reflejan normalmente bajo imágenes especulares y vectores axiales que obtienen un cambio de signo adicional, o en otras palabras, terminan apuntando en la dirección opuesta a la que predeciría una imagen espejo normal.

La fuerza es un vector polar, que se refleja normalmente, por lo que esperamos que el otro lado de nuestra ecuación se comporte de la misma manera. Ahora imagine una configuración de cargas y dibuje el campo vectorial de E entre ellas. Puede imaginar una imagen especular de esta misma situación y también tendremos la imagen especular de E en esta nueva imagen. Sin embargo, el campo magnético es un vector axial. Imagine un cable que lleva corriente y su imagen especular (que se muestra a continuación). Podemos ver que B apunta en la dirección opuesta a su espejo.

Bien, ahora podemos intentar resolver si la carga eléctrica y magnética debe ser escalares o pseudoescalares de nuestras ecuaciones. Recuerda que queremos llegar a un vector polar como lo tenemos con la fuerza. El campo eléctrico ya es un vector polar, por lo que no queremos cambiar la dirección; esto lleva a necesitar un escalar para la carga eléctrica que no cambiará bajo la paridad. El campo magnético es un vector axial, por lo que queremos que nuestra ecuación vaya en sentido opuesto para que sea como la fuerza: debemos multiplicar por -1 si hay una transformación espejo. Eso termina siendo exactamente lo que hacen los pseudoescalares cuando tomas su imagen especular, por lo que sabemos que la carga magnética debe ser un pseudoescalar para equilibrar esta ecuación.

“Magnitud seudoescalar” no es un término real. Hay cantidades escalares y cantidades pseudoscalares. Una cantidad pseudoscalar es como un escalar, pero cambia de signo bajo un reflejo. Un ejemplo de pseudoscalar es el producto triple escalar de tres vectores, que da el volumen firmado de un paralelepípedo.

El producto triple escalar de los vectores de coordenadas unitarias [math] \ hat {x}, \ hat {y}, \ hat {z} [/ math] es 1. Este es el volumen del cubo unitario que ocupa el primer octante con una esquina en [matemáticas] (0, 0, 0) [/ matemáticas] y [matemáticas] (1, 1, 1) [/ matemáticas]. Si los tres vectores se reflejan en el plano [matemático] xy [/ matemático], convirtiéndose en [matemático] \ hat {x}, \ hat {y}, \ hat {z} [/ matemático], el signo del triple escalar el producto cambia a -1.

Tenga en cuenta que el valor absoluto de un pseudoscalar es un verdadero escalar, ya que nunca puede cambiar el signo. El valor absoluto del volumen, por ejemplo, es un escalar, aunque el volumen firmado es un pseudoescalar.

La mayoría de las cantidades escalares encontradas en física son verdaderas escalares. La masa, por ejemplo, es un escalar; la imagen especular de una masa de 1 kg no es una masa de -1 kg.

La imagen especular de un electrón es un electrón. Todavía tiene la misma carga, -1. Entonces, la carga eléctrica es un verdadero escalar, no un pseudoescalar.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la carga eléctrica es un escalar verdadero en lugar de un pseudoscalar es una convención. En realidad, no podemos producir la imagen especular de un electrón y medir su carga directamente. Si consideramos que la carga eléctrica es un escalar, entonces eso obliga a la carga magnética, si alguna vez se descubre, a ser un pseudoescalar. Hubiera sido matemáticamente consistente insistir en que la carga eléctrica es un pseudoescalar y que la carga magnética es un escalar, pero dado que se sabe que la carga eléctrica es real, tiene sentido definirla como el verdadero escalar …

La densidad de corriente de carga eléctrica puede modelarse como una forma 3 con una representación complementaria como un pseudoescalar.

Densidad de corriente de carga: [matemática] J = j_i dx ^ i + \ rho dt [/ matemática].

La integración en un subespacio tipo espacio [matemático] [L ^ 3] [/ matemático] del espacio-tiempo da como resultado la carga total contenida en el volumen. La integración sobre un volumen [matemático] [L ^ 2T] [/ matemático] devuelve la corriente total.

[matemática] Q = \ int _ {\ parcial s ^ 3} J [/ matemática]

En las coordenadas de Minkowski, por ejemplo, [matemáticas] Q = \ int _ {\ parcial s ^ 3} J_ {ijk} dx ^ i dx ^ j dx ^ k [/ matemáticas].

[matemáticas] I = \ int _ {\ parcial s ^ 2 t} J [/ matemáticas]

En las coordenadas de Minkowski, [matemáticas] I_k = \ int _ {\ partial (ts ^ 2)} J_ {tij} dt dx ^ i dx ^ j [/ matemáticas]

Bajo una reorientación del múltiple (una transformación de simetría PT), (dx, dy, dz, dt) → (dx, dy, dz, -dt) o (dx, dy, dz, dt) → (-dx, dy, dz, dt), etc.

El signo de la carga total en una región espacial cambia.

La carga total es un seudoescalar en un colector orientado.

[Este análisis es en casa, incluso en la relatividad general donde se usa la conexión libre de torsión (bastante dudosa).]