拉普拉斯-龙格-楞次矢量 当一个物体环绕着另外一个物体运动时,轨道的形状与取向必定是一个运动常数
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在经典力学里,拉普拉斯-龙格-楞次矢量(简写为 LRL 矢量)主要是用来描述,当一个物体环绕着另外一个物体运动时,轨道的形状与取向。典型的例子是行星的环绕着太阳公转。在一个物理系统里,假若两个物体以万有引力相互作用,则 LRL 矢量必定是一个运动常数,不管在轨道的任何位置,计算出来的 LRL 矢量都一样[1] ;也就是说, LRL 矢量是一个保守量。更广义地,在开普勒问题里,由于两个物体以有心力相互作用,而有心力遵守反平方定律,所以,LRL 矢量是一个保守量[2]。
氢原子是由两个带电粒子构成的。这两个带电粒子以遵守库仑定律的静电力互相作用.静电力是一个标准的反平方有心力。所以,氢原子内部的微观运动是一个开普勒问题。在量子力学的发展初期,薛定谔还在思索他的薛定谔方程的时候,沃尔夫冈·泡利使用 LRL 矢量,关键性地导引出氢原子的发射光谱[3]。这结果给予物理学家很大的信心,量子力学理论是正确的。
在经典力学与量子力学里,因为物理系统的某一种对称性,会产生一个或多个对应的保守值。 LRL 矢量也不例外。可是,它相对应的对称性很特别;在数学里,开普勒问题等价于 一个粒子自由地移动于 四维空间的三维球面[4];所以,整个问题涉及四维空间的某种旋转对称[5]。
拉普拉斯-龙格-楞次矢量是因皮埃尔-西蒙·拉普拉斯,卡尔·龙格,与威尔汉·楞次而命名。它又称为拉普拉斯矢量,龙格-楞次矢量,或楞次矢量。有趣的是,LRL 矢量并不是这三位先生发现的!这矢量曾经被重复地发现过好几次[6]。它等价于天体力学中无量纲的离心率矢量[7]。发展至今,在物理学里,有许多各种各样的 LRL 矢量的推广定义;牵涉到狭义相对论,或电磁场,甚至于不同类型的有心力。