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解析力学での作用積分の次元はなんでしょうか?

siegmundの回答

  • siegmund
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回答No.2

Santa123 さんが書かれている式 δI=∫δL(q,q')dt と 通常 L = T - V (T は運動エネルギー,V はポテンシャルエネルギー) であることからすぐにわかります. すなわち,L はエネルギーの次元,それを t で積分しているのですから 作用の I は [エネルギー・時間] の次元をもっています. 次元解析でやるように,長さL,質量M,時間T,であらわせば 作用の次元は [M L^2 T^(-1)] で, SI 単位は,[J s] (ジュール・秒) = [kg・m^2・s^(-1)] です. この次元は,まさに作用の次元と呼ばれています. プランク定数 h は作用の次元をもっています. (だから,作用量子と呼ばれる). その他,角運動量も作用と同じ次元をもっています. 量子力学では,角運動量が h/2π 単位に量子化される,などといいますね. あと,解析力学では,周期運動について integral[一周期] p dq (p,q は一般化運動量と一般化座標)もよく出てきますが, これも作用の次元を持っています. この積分が量子化とかなんとかいうあたりが,量子力学との接続になります.

Santa123
質問者

お礼

ご丁重な回答ありがとうございました。 [作用]の次元をあらためて思い出しました。 ところで質問の意図は、L=T-Vという関係はEuler-Lagrangeの方程式を解い て初めてL=T-Vという関係と同等(エネルギーの次元)になっている事がわ かりますが(電磁場中の電子の動きなんかは直感的にLagrangianを見つけること が難しい)、それがまだ分からない段階でどうして作用積分というのだろうという 疑問にありました。 それにしても変分原理から運動方程式を導くという発想に凄いものを感じますが、 概念的にはこれでいいのかなぁと自分で納得したりしています(笑)。つまり、 t0、t1の両端固定でI=∫dtL(q,q')の極値(δI=0)というのは、簡単に δE=δI=(t1-t0)×ΔEとして、δE→0の時ΔE→0つまりエネルギー極値と なる運動が現実の運動を表す。。。

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