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
mochi发布了新的文献求助10
1秒前
长度2到完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
研友_VZG7GZ应助LiAlan采纳,获得10
3秒前
4秒前
4秒前
领导范儿应助七七采纳,获得10
5秒前
8秒前
9秒前
高高小天鹅完成签到,获得积分10
11秒前
静坐听雨萧完成签到 ,获得积分10
12秒前
孟琳朋发布了新的文献求助10
14秒前
111发布了新的文献求助10
15秒前
麦辣鸡腿堡完成签到,获得积分10
20秒前
霖宸羽完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
温柔的夜柳完成签到,获得积分10
23秒前
安静的小伙完成签到,获得积分10
23秒前
无辜问枫完成签到,获得积分10
23秒前
求求完成签到 ,获得积分10
24秒前
Scc发布了新的文献求助10
24秒前
99411完成签到,获得积分10
26秒前
CodeCraft应助乐观冰香采纳,获得10
26秒前
活力的问安完成签到 ,获得积分10
27秒前
111完成签到,获得积分10
27秒前
28秒前
丁可完成签到,获得积分10
28秒前
28秒前
李易臻完成签到,获得积分10
30秒前
爆米花应助科研通管家采纳,获得10
30秒前
情怀应助科研通管家采纳,获得10
30秒前
30秒前
爆米花应助科研通管家采纳,获得10
30秒前
Akim应助科研通管家采纳,获得10
30秒前
慕青应助科研通管家采纳,获得10
31秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
31秒前
科目三应助科研通管家采纳,获得10
31秒前
耍酷的斩完成签到,获得积分20
31秒前
mengtingmei应助科研通管家采纳,获得10
31秒前
共享精神应助111采纳,获得10
31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
APA handbook of humanistic and existential psychology: Clinical and social applications (Vol. 2) 2000
Cronologia da história de Macau 1600
Handbook on Climate Mobility 1111
Current concept for improving treatment of prostate cancer based on combination of LH-RH agonists with other agents 1000
Research Handbook on the Law of the Sea 1000
Contemporary Debates in Epistemology (3rd Edition) 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 细胞生物学 基因 电极 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6174237
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8001623
关于积分的说明 16642338
捐赠科研通 5277386
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2814652
邀请新用户注册赠送积分活动 1794348
关于科研通互助平台的介绍 1660085