Spacetime algebra as a powerful tool for electromagnetism

物理 多向量 时空 闵可夫斯基空间 电磁场的数学描述 电磁学 电磁张量 弯曲时空中的麦克斯韦方程组 Clifford代数 理论物理学 经典力学 规范理论 域代数上的 相对论 量子力学 电磁场 广义相对论数学 规范理论导论 代数表示 数值相对论 数学 纯数学 轨距异常 乔丹代数
作者
Justin Dressel,Konstantin Y. Bliokh,Franco Nori
出处
期刊:Physics Reports [Elsevier BV]
卷期号:589: 1-71 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.physrep.2015.06.001
摘要

We present a comprehensive introduction to spacetime algebra that emphasizes its practicality and power as a tool for the study of electromagnetism. We carefully develop this natural (Clifford) algebra of the Minkowski spacetime geometry, with a particular focus on its intrinsic (and often overlooked) complex structure. Notably, the scalar imaginary that appears throughout the electromagnetic theory properly corresponds to the unit 4-volume of spacetime itself, and thus has physical meaning. The electric and magnetic fields are combined into a single complex and frame-independent bivector field, which generalizes the Riemann-Silberstein complex vector that has recently resurfaced in studies of the single photon wavefunction. The complex structure of spacetime also underpins the emergence of electromagnetic waves, circular polarizations, the normal variables for canonical quantization, the distinction between electric and magnetic charge, complex spinor representations of Lorentz transformations, and the dual (electric-magnetic field exchange) symmetry that produces helicity conservation in vacuum fields. This latter symmetry manifests as an arbitrary global phase of the complex field, motivating the use of a complex vector potential, along with an associated transverse and gauge-invariant bivector potential, as well as complex (bivector and scalar) Hertz potentials. Our detailed treatment aims to encourage the use of spacetime algebra as a readily available and mature extension to existing vector calculus and tensor methods that can greatly simplify the analysis of fundamentally relativistic objects like the electromagnetic field.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
chengzi发布了新的文献求助10
刚刚
gaozy发布了新的文献求助10
1秒前
乐乐应助大气的杨采纳,获得10
1秒前
1秒前
1秒前
Nainu完成签到,获得积分10
1秒前
lucyliu发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
蜗牛杨y完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
yier发布了新的文献求助10
4秒前
无语的大山完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
Orange应助禾火采纳,获得30
4秒前
有钱完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
核武虎完成签到,获得积分10
5秒前
无忧发布了新的文献求助10
5秒前
李健的粉丝团团长应助yyh采纳,获得10
6秒前
molihuakai应助xksy采纳,获得10
7秒前
机灵凛发布了新的文献求助10
7秒前
冷酷的狗完成签到,获得积分10
8秒前
wanci应助可喜可乐采纳,获得10
8秒前
积极不愁完成签到,获得积分10
8秒前
chengzi完成签到,获得积分10
8秒前
隐形曼青应助向绝山采纳,获得10
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
弟弟发布了新的文献求助10
9秒前
我是大眼猫完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
风趣如松应助快乐达不刘采纳,获得10
10秒前
10秒前
kingrain完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
10秒前
含糊的怀绿完成签到,获得积分10
10秒前
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6421451
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8240508
关于积分的说明 17513073
捐赠科研通 5475321
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2892394
邀请新用户注册赠送积分活动 1868805
关于科研通互助平台的介绍 1706218