¿Qué es un pseudovector?

Un pseudovector es un objeto que, como un vector, tiene una magnitud y una dirección, y puede escribirse en coordenadas relativas a un conjunto elegido de ejes de coordenadas, y se comporta como un vector cuando se gira el sistema físico; pero, tras la reflexión o inversión del sistema físico, el pseudovector se comporta de manera diferente a un vector.

El ejemplo más obvio de un pseudovector es la velocidad angular. La velocidad angular, generalmente escrita como un vector, tiene una magnitud y una dirección. Sin embargo, bajo reflexión o inversión, se comporta de manera diferente a la velocidad lineal , que es un vector verdadero. Para ver esto, considere el siguiente diagrama [fuente]:
El automóvil de la izquierda se aleja de usted, por lo tanto, cuando determina la dirección en que giran las ruedas, ve que la velocidad angular apunta hacia la izquierda. Ahora imagine que refleja el automóvil a través del avión indicado por la línea punteada. La velocidad angular todavía apunta a la izquierda.

Ahora considere un trote peatonal, con velocidad a la izquierda. Bajo reflexión, el peatón ahora se mueve hacia la derecha, por lo que la velocidad ahora apunta hacia la derecha .

Por lo tanto: la velocidad lineal siempre sufre una reflexión cuando se refleja un sistema físico, pero la velocidad angular no. La velocidad angular no se comporta como la velocidad lineal (un vector verdadero) bajo reflexión. Así es como se puede decir que en realidad es un pseudovector.

Más precisamente, bajo una reflexión o inversión, un pseudovector siempre sufre una inversión adicional en comparación con un vector. En el ejemplo anterior, para determinar la imagen de la velocidad angular bajo reflexión, primero debe reflejarla como un vector normal (para que ahora apunte a la derecha) y luego debe revertir sus tres componentes (haciendo que apunte a la izquierda). Esta inversión adicional distingue los pseudovectores de los vectores.

Todos los pseudovectores en la mecánica clásica se derivan de la aplicación de la regla de la mano derecha, a partir de un producto cruzado o un rizo. Las cantidades que representan se describen naturalmente mediante tensores antisimétricos de rango 2, que se disfrazan de vectores a través de la dualidad de Hodge, pero la dualidad de Hodge los contamina, por lo que terminan como pseudovectores en lugar de vectores. Para más detalles matemáticos, ver: la respuesta de Brian Bi a ¿Cómo se garantiza la diestra para sistemas de coordenadas en dimensiones mayores que tres?

Podemos enumerar rápidamente los ejemplos más comunes de pseudovectores considerando cuándo se usa la regla de la derecha:

  • Velocidad angular
  • Aceleración angular
  • Momento angular
  • Esfuerzo de torsión
  • Campo magnético
  • Momento dipolar magnético

En contraste, las siguientes cantidades son verdaderos vectores:

  • Velocidad linear
  • Aceleración lineal
  • Momento lineal
  • Fuerza
  • Campo eléctrico
  • Momento dipolo eléctrico
  • Potencial de vector magnético

Es un buen ejercicio convencerse de que esta clasificación es correcta para los ejemplos en electrodinámica, al representar las configuraciones de carga y corriente y luego reflejarlas o invertirlas.

Para complementar la excelente presentación de Brian Bi.
El verdadero espacio que necesita es el espacio de formas diferenciales de grado k.
La dimensión de este espacio es [math] {n \ choose k} [/ math].

Así, en la dimensión 3, las dimensiones son 1, 3, 3, 1. El primer 1 corresponde a funciones escalares en el espacio, por ejemplo, el potencial eléctrico. Los primeros 3 corresponden a vectores verdaderos. ¡Entonces la tercera entrada también es un 3 y puede representarse como un vector! Esto es en realidad un isomorfismo accidental del espacio vectorial. Los pseudovectores son este tercer espacio.

La herramienta necesaria para que esto funcione es el producto cruzado [math] \ wedge [/ math]. Los productos cruzados de dos vectores son un pseudovector (el mismo símbolo [math] \ wedge [/ math] se usa para el producto exterior de formas diferenciales). El producto cruzado de un vector y pseudovector es un vector.