ランダウ゠リフシッツ理論物理学教程の力学(増訂第3版)の§42の問題2の解説です.
問題
$\bm{M}$の成分どうしから構成されるPoissonの括弧式を決めよ.
解答作成
本編で示されているPoissonの括弧式の性質を用いれば, 直接微分することなく求めることができる.
簡単のため, 質点の座標$\bm{r}$のデカルト成分と角運動量$\bm{M}$のデカルト成分とから構成されるPoissonの括弧式を求めておく. 例えば,
\begin{align}
\left\{ x , M_x \right\} &= \left\{ x , y p_z - z p_y \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , y p_z \right\} - \left\{ x , z p_y \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , y \right\} p_z + y \left\{ x , p_z \right\} - \left\{ x , z \right\} p_y - z \left\{ x , p_y \right\} \nonumber \\
&= 0 \nonumber
\end{align}
であり,
\begin{align}
\left\{ x , M_y \right\} &= \left\{ x , z p_x - x p_z \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , z p_x \right\} - \left\{ x , x p_z \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , z \right\} p_x + z \left\{ x , p_x \right\} - \left\{ x , x \right\} p_z - x \left\{ x , p_z \right\} \nonumber \\
&= z \nonumber \end{align} であり, \begin{align} \left\{ x , M_z \right\} &= \left\{ x , x p_y - y p_x \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , x p_y \right\} - \left\{ x , y p_x \right\} \nonumber \\
&= \left\{ x , x \right\} p_y + x \left\{ x , p_y \right\} - \left\{ x , y \right\} p_x - y \left\{ x , p_x \right\} \nonumber \\
&= - y \nonumber
\end{align}
である. 残りはこれらの式において添字$x$, $y$, $z$を循環置換すればよい.
以上の結果と§42問題1の結果を用いて計算する. 例えば,
\begin{align}
\left\{ M_x , M_x \right\} &= 0 \quad (\because \text{歪対称性}) \nonumber
\end{align}
であり,
\begin{align}
\left\{ M_x , M_y \right\} &= \left\{ y p_z - z p_y , M_y \right\} \nonumber \\
&= \left\{ y p_z , M_y \right\} - \left\{ z p_y , M_y \right\} \nonumber \\
&= y \left\{ p_z , M_y \right\} + \left\{ y , M_y \right\} p_z - z \left\{ p_y , M_y \right\} - \left\{ z , M_y \right\} p_y \nonumber \\
&= y \left( - p_x \right) + 0 \cdot p_z - z \cdot 0 -\left( - x \right) p_y \nonumber \\
&= x p_y - y p_x \nonumber \\
&= M_z \nonumber
\end{align}
であり,
\begin{align}
\left\{ M_x , M_z \right\} &= \left\{ y p_z - z p_y , M_z \right\} \nonumber \\
&= \left\{ y p_z , M_z \right\} - \left\{ z p_y , M_z \right\} \nonumber \\
&= y \left\{ p_z , M_z \right\} + \left\{ y , M_z \right\} p_z - z \left\{ p_y , M_z \right\} - \left\{ z , M_z \right\} p_y \nonumber \\
&= y \cdot 0 + x p_z - z p_x - 0 \cdot p_y \nonumber \\
&= - \left( z p_x - x p_z \right) \nonumber \\
&= - M_y \nonumber
\end{align}
である. 残りはこれらの式において添字$x$, $y$, $z$を循環置換すればよい.
参考文献
Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. 力学. 広重徹, 水戸巌訳, 増訂第3版, 東京図書, 1974, 214p.
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