Articulo de referencia

Grupo simpléctico

En matemáticas , el grupo simpléctico es el grupo de transformaciones lineales que preservan la estructura geométrica del espacio de fases , el espacio de variables de posición ...

En matemáticas , el grupo simpléctico es el grupo de transformaciones lineales que preservan la estructura geométrica del espacio de fases , el espacio de variables de posición y momento utilizado en la mecánica clásica . Se define como el grupo de cambios lineales de coordenadas en el espacio de fases que preservan la forma simpléctica .

Los grupos simplécticos se suelen denotarSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}, dóndenorte{\displaystyle n}es un número entero positivo yF{\displaystyle \mathbb {F} }es un campo , a menudo los números reales o los números complejos . Se encuentran entre las cuatro familias de grupos clásicos y juegan un papel central en la geometría simpléctica , la mecánica hamiltoniana y la teoría de la representación . Una familia relacionada pero diferente es el grupo simpléctico compacto , generalmente denotadoSp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}oUSpag(norte){\displaystyle \mathrm {USp} (n)}.

Terminología y notación

El término "simpléctico" fue introducido por Hermann Weyl para reemplazar términos más antiguos como " grupo complejo de líneas ". Su intención era que fuera un análogo de origen griego de la palabra " complejo ".

La notaciónSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}generalmente denota el grupo simpléctico de un2norte{\displaystyle 2n}espacio vectorial simpléctico de dimensión sobre un campoF{\displaystyle \mathbb {F} }. Una familia relacionada pero diferente es el grupo simpléctico compacto , denotadoSp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}oUSpag(norte){\displaystyle \mathrm {USp} (n)}, que es la forma real compacta del grupo simpléctico complejo.

Muchos autores utilizan notaciones ligeramente diferentes, que a menudo difieren por factores de2{\displaystyle 2}. En la clasificación de Cartan , el álgebra de Lie deSp(2norte,do){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {C} )}tiene tipodonorte{\displaystyle C_{n}}.

Sp(2 n , F )

El grupo simpléctico es un grupo clásico definido como el conjunto de transformaciones lineales de un2norte{\displaystyle 2n}espacio vectorial de dimensión sobre el campoF{\displaystyle \mathbb {F} }que preservan una forma bilineal antisimétrica no degenerada . Dicho espacio vectorial se llama espacio vectorial simpléctico , y el grupo simpléctico de un espacio vectorial simpléctico abstracto.V{\displaystyle V}se denotaSp(V){\displaystyle \operatorname {Sp} (V)}. Al fijar una base paraV{\displaystyle V}, la forma simpléctica está representada por una matriz antisimétrica no singularJ{\displaystyle J}, ySp(V){\displaystyle \operatorname {Sp} (V)}se identifica con el grupo de2norte×2norte{\displaystyle 2n\times 2n}matrices sobreF{\displaystyle \mathbb {F} }satisfactorio

{METROMETRO2norte×2norte(F):METROTJMETRO=J}.{\displaystyle \{M\in M_{2n\times 2n}(\mathbb {F} ):M^{\mathrm {T} }JM=J\}.}

Este grupo de matrices se denotaSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}oSp(norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (n,\mathbb {F} )}, aunque la notación depende de la convención que se utilice. AquíMETROT{\displaystyle M^{T}}denota la transpuesta deMETRO{\displaystyle M}.

En una base arbitraria, la matrizJ{\displaystyle J}No es necesario que tenga una forma particular. Sin embargo, se puede elegir una base simpléctica , en la que la forma está representada por la matriz estándar.

Ω=(0InorteInorte0),{\displaystyle \Omega ={\begin{pmatrix}0&I_{n}\\-I_{n}&0\end{pmatrix}},}

dóndeInorte{\displaystyle I_{n}}es la matriz identidad. En tal base,

Sp(2norte,F)={METROMETRO2norte×2norte(F):METROTΩMETRO=Ω}.{\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )=\{M\in M_{2n\times 2n}(\mathbb {F} ):M^{\mathrm {T} }\Omega M=\Omega \}.}

En este caso,Sp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}se pueden expresar como esas matrices de bloques(ABdoD){\displaystyle ({\begin{smallmatrix}A&B\\C&D\end{smallmatrix}})}, dóndeA,B,do,DMETROnorte×norte(F){\displaystyle A,B,C,D\in M_{n\times n}(\mathbb {F} )}, satisfaciendo las tres ecuaciones:

doTA+ATdo=0,doTB+ATD=Inorte,DTB+BTD=0.{\displaystyle {\begin{aligned}-C^{\mathrm {T} }A+A^{\mathrm {T} }C&=0,\\-C^{\mathrm {T} }B+A^{\mathrm {T} }D&=I_{n},\\-D^{\mathrm {T} }B+B^{\mathrm {T} }D&=0.\end{aligned}}}

Dado que todas las matrices simplécticas tienen determinante1{\displaystyle 1}, el grupo simpléctico es un subgrupo del grupo lineal especialSL(2norte,F){\displaystyle \operatorname {SL} (2n,\mathbb {F} )}. Cuandonorte=1{\displaystyle n=1}, la condición simpléctica en una matriz se satisface si y solo si el determinante es uno, de modo queSp(2,F)=SL(2,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2,\mathbb {F} )=\operatorname {SL} (2,\mathbb {F} )}. Paranorte>1{\displaystyle n>1}, existen condiciones adicionales, es decirSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}es entonces un subgrupo propio deSL(2norte,F){\displaystyle \operatorname {SL} (2n,\mathbb {F} )}.

Por lo general, el campoF{\displaystyle \mathbb {F} }es el campo de los números realesR{\displaystyle \mathbb {R} }o números complejosdo{\displaystyle \mathbb {C} }En estos casosSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}es un grupo de Lie real o complejo de dimensión real o complejanorte(2norte+1){\displaystyle n(2n+1)}, respectivamente. Estos grupos están conectados pero no son compactos .

El centro deSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}consta de las matricesI2norte{\displaystyle I_{2n}}yI2norte{\displaystyle -I_{2n}}siempre y cuando la característica del campo no sea2{\displaystyle 2}. [ 1 ] Dado que el centro deSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}es discreto y su cociente módulo el centro es un grupo simple ,Sp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}se considera un grupo de Lie simple .

El rango real del álgebra de Lie correspondiente y, por lo tanto, del grupo de Lie.Sp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}, esnorte{\displaystyle n}.

El álgebra de Lie deSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}es el conjunto

spag(2norte,F)={incógnitaMETRO2norte×2norte(F):Ωincógnita+incógnitaTΩ=0},{\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,F)=\{X\in M_{2n\times 2n}(F):\Omega X+X^{\mathrm {T} }\Omega =0\},}

equipado con el conmutador como su corchete de Lie. [ 2 ] Para la forma bilineal antisimétrica estándarΩ=(0II0){\displaystyle \Omega =({\begin{smallmatrix}0&I\\-I&0\end{smallmatrix}})}, esta álgebra de Lie es el conjunto de todas las matrices de bloques(ABdoD){\displaystyle ({\begin{smallmatrix}A&B\\C&D\end{smallmatrix}})}sujeto a las condiciones

A=DT,B=BT,do=doT.{\displaystyle {\begin{aligned}A&=-D^{\mathrm {T} },\\B&=B^{\mathrm {T} },\\C&=C^{\mathrm {T} }.\end{aligned}}}

Sp(2 n , C )

El grupo simpléctico sobre el cuerpo de los números complejos es un grupo de Lie simple , no compacto y simplemente conexo . La definición de este grupo no incluye conjugados (contrariamente a lo que se podría esperar ingenuamente), sino que es exactamente la misma que la definición salvo por el cambio de cuerpo. [ 3 ]

Sp(2 n , R )

Sp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}es un grupo de Lie simple, real, no compacto y conexo de dimensiónnorte(2norte+1){\displaystyle n(2n+1)}. [ 4 ] Tiene un grupo fundamental isomorfo a los enteros bajo la suma. [ 5 ] Como la forma real de un álgebra de Lie compleja simple, su álgebra de Lie es la forma real escindida despag(2norte,do){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {C} )}. [ 4 ]

El mapa exponencial despag(2norte,R){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {R} )}aSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}no es sobreyectiva. [ 6 ]

Por cadaS{\displaystyle S}enSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}, uno tiene una descomposición de Cartan/polar [ 4 ] [ 7 ]S=OZO{\displaystyle S=OZO'} conO,OSp(2norte,R)ENTONCES(2norte)U(norte){\displaystyle O,O'\in \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )\cap \operatorname {SO} (2n)\cong \operatorname {U} (n)} yZ=(D00D1){\displaystyle Z={\begin{pmatrix}D&0\\0&D^{-1}\end{pmatrix}}}. Como un colector,Sp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}es difeomorfo aU(norte){\displaystyle \operatorname {U} (n)}veces un espacio vectorial de dimensiónnorte(norte+1){\displaystyle n(n+1)}. [ 4 ]

Generadores

generadores infinitesimales

Los miembros del álgebra de Lie simplécticaspag(2norte,F){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {F} )}son las matrices hamiltonianas .

Estas son matrices,Q{\displaystyle Q}de tal manera que Q=(ABdoAT){\displaystyle Q={\begin{pmatrix}A&B\\C&-A^{\mathrm {T} }\end{pmatrix}}} dóndeB{\displaystyle B}ydo{\displaystyle C}son matrices simétricas . Véase el grupo clásico para una derivación.

Generación por transvecciones

El grupo simpléctico se genera mediante sus transvecciones simplécticas . Más precisamente, si(V,J){\displaystyle (V,J)}es un espacio vectorial simpléctico de dimensión finita sobreF{\displaystyle \mathbb {F} }, entoncesSpag(V,ω){\displaystyle {\mathrm {Sp} (V,\omega )}}se genera mediante las transformaciones Tv,λ(incógnita)=incógnita+λ(incógnitaTJv)v,{\displaystyle T_{v,\lambda }(x)=x+\lambda \,(x^{T}Jv)\,v,} dóndevV{\displaystyle v\in V}yλF{\displaystyle \lambda \in \mathbb {F} }Esto forma parte de la teoría estructural de los grupos clásicos y aparece en una forma temprana en la obra de Dieudonné; véanse también los tratamientos posteriores dedicados específicamente a las transvecciones simplécticas y los subgrupos que generan. [ 8 ] [ 9 ]

Generación por involuciones

El grupo simplécticoSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}pueden generarse mediante transformaciones linealesA:VV{\displaystyle A:V\to V}del espacio vectorial simpléctico(V,J){\displaystyle (V,J)}de tal manera queA2=I{\displaystyle A^{2}=I}yATJA=J{\displaystyle A^{T}JA=-J}. [ 8 ] [ 10 ]

Ejemplo de matrices simplécticas

ParaSp(2,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2,\mathbb {R} )}, el grupo de2×2{\displaystyle 2\times 2}matrices con determinante1{\displaystyle 1}, los tres simplécticos(0,1){\displaystyle (0,1)}Las matrices son: [ 11 ](1001),(1011)y(1101).{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}},\quad {\begin{pmatrix}1&0\\1&1\end{pmatrix}}\quad {\text{and}}\quad {\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}}.}

Sp(2n, R)

Resulta queSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}puede tener una descripción bastante explícita usando generadores. Si dejamosSim(norte){\displaystyle \operatorname {Sym} (n)}denotamos lo simétriconorte×norte{\displaystyle n\times n}matrices, entoncesSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}es generado porD(norte)norte(norte){Ω},{\displaystyle D(n)\cup N(n)\cup \{\Omega \},}dónde D(norte)={[A00(AT)1]|AGL(norte,R)}norte(norte)={[InorteB0Inorte]|BSim(norte)}{\displaystyle {\begin{aligned}D(n)&=\left\{\left.{\begin{bmatrix}A&0\\0&(A^{T})^{-1}\end{bmatrix}}\,\right|\,A\in \operatorname {GL} (n,\mathbb {R} )\right\}\\[6pt]N(n)&=\left\{\left.{\begin{bmatrix}I_{n}&B\\0&I_{n}\end{bmatrix}}\,\right|\,B\in \operatorname {Sym} (n)\right\}\end{aligned}}} son subgrupos deSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}. [ 12 ] [ 13 ]

Relación con la geometría simpléctica

La geometría simpléctica es el estudio de las variedades simplécticas . El espacio tangente en cualquier punto de una variedad simpléctica es un espacio vectorial simpléctico . [ 14 ] Como se mencionó anteriormente, las transformaciones que preservan la estructura de un espacio vectorial simpléctico forman un grupo y este grupo esSp(2norte,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {F} )}, dependiendo de la dimensión del espacio y del campo sobre el que se define.

Un espacio vectorial simpléctico es, en sí mismo, una variedad simpléctica. Por lo tanto, una transformación bajo la acción del grupo simpléctico es, en cierto sentido, una versión linealizada de un simplectomorfismo , que es una transformación más general que preserva la estructura en una variedad simpléctica.

Sp( n )

El grupo simpléctico compacto [ 15 ]Sp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}es la intersección deSp(2norte,do){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {C} )}con el2norte×2norte{\displaystyle 2n\times 2n}grupo unitario:

Sp(norte):=Sp(2norte;do)U(2norte)=Sp(2norte;do)SU(2norte).{\displaystyle \operatorname {Sp} (n):=\operatorname {Sp} (2n;\mathbb {C} )\cap \operatorname {U} (2n)=\operatorname {Sp} (2n;\mathbb {C} )\cap \operatorname {SU} (2n).}

A veces se escribe comoEstados Unidos(2norte){\displaystyle \operatorname {USp} (2n)}Alternativamente,Sp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}puede describirse como el subgrupo deGL(norte,H){\displaystyle \operatorname {GL} (n,\mathbb {H} )}( matrices cuaterniónicas invertibles) que conserva la forma hermitiana estándar enHnorte{\displaystyle \mathbb {H} ^{n}}:

incógnita,y=incógnita¯1y1++incógnita¯norteynorte.{\displaystyle \langle x,y\rangle ={\bar {x}}_{1}y_{1}+\cdots +{\bar {x}}_{n}y_{n}.}

Eso es,Sp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}es simplemente el grupo unitario cuaterniónico ,U(norte,H){\displaystyle \operatorname {U} (n,\mathbb {H} )}. [ 16 ] De hecho, a veces se le llama grupo hiperunitario . TambiénSp(1){\displaystyle \operatorname {Sp} (1)}es el grupo de cuaterniones de norma1{\displaystyle 1}, equivalente a SU(2) y topológicamente una 3 -esferaS3{\displaystyle {\mathcal {S}}^{3}}.

Tenga en cuenta queSp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}no es un grupo simpléctico en el sentido de la sección anterior ; no conserva una simetría antisimétrica no degenerada.H{\displaystyle \mathbb {H} }-forma bilineal enHnorte{\displaystyle \mathbb {H} ^{n}}: no existe tal forma excepto la forma cero. Más bien, es isomorfo a un subgrupo deSp(2norte,do){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {C} )}y, por lo tanto, conserva una forma simpléctica compleja en un espacio vectorial de doble dimensión. Como se explica a continuación, el álgebra de Lie deSp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}es la forma real compacta del álgebra de Lie simpléctica complejaspag(2norte,do){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {C} )}.

Sp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}es un grupo de Lie real con dimensión (real)norte(2norte+1){\displaystyle n(2n+1)}Es compacto y de conexión sencilla . [ 17 ]

El álgebra de Lie deSp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}está dado por las matrices antihermíticas cuaterniónicas , el conjunto denorte×norte{\displaystyle n\times n}matrices cuaterniónicas que satisfacen

A+A=0{\displaystyle A+A^{\dagger }=0}

dóndeA{\displaystyle A^{\dagger }}es la transpuesta conjugada deA{\displaystyle A}(Aquí se toma el conjugado cuaterniónico). El corchete de Lie viene dado por el conmutador.

Subgrupos importantes

Algunos subgrupos principales son:

Sp(norte)Sp(norte1){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\supset \operatorname {Sp} (n-1)}
Sp(norte)U(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\supset \operatorname {U} (n)}
Sp(2)O(4){\displaystyle \operatorname {Sp} (2)\supset \operatorname {O} (4)}

Por el contrario, es en sí mismo un subgrupo de otros grupos:

SU(2norte)Sp(norte){\displaystyle \operatorname {SU} (2n)\supset \operatorname {Sp} (n)}
F4Sp(4){\displaystyle \operatorname {F} _{4}\supset \operatorname {Sp} (4)}
GRAMO2Sp(1){\displaystyle \operatorname {G} _{2}\supset \operatorname {Sp} (1)}

También existen los isomorfismos de las álgebras de Lie.spag(2)=so(5){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2)={\mathfrak {so}}(5)}yspag(1)=so(3)=s(2){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(1)={\mathfrak {so}}(3)={\mathfrak {su}}(2)}.

El grupo simpléctico unitarioEstados Unidos(norte){\displaystyle \operatorname {USp} (n)}se puede representar en términos de un álgebra de Clifford definida como un producto tensorial de álgebras de cuaterniones llamadas números hipercuaterniones. Uno tiene,H2=HRH=METRO4×4(R)=dol3,1(R){\displaystyle \mathbb {H} ^{\otimes 2}=\mathbb {H} \otimes _{\mathbb {R} }\mathbb {H} =M_{4\times 4}(\mathbb {R} )=Cl_{3,1}\mathbb {(R)} }. Por eso,H3=METRO4×4(H){\displaystyle \mathbb {H} ^{\otimes 3}=M_{4\times 4}(\mathbb {H} )}implica el grupo simpléctico compactoEstados Unidos(4){\displaystyle \operatorname {USp} (4)}. [ 18 ]

Sp(2 n , Z )

El grupo simpléctico integralSp(2norte,Z){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} )}es el subgrupo deSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}que consiste en matrices con entradas enteras. Equivalentemente, es el grupo de2norte×2norte{\displaystyle 2n\times 2n}Matrices enteras que conservan la forma simpléctica estándar:

Sp(2norte,Z)={METROMETRO2norte(Z):METROTJMETRO=J},{\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} )=\{M\in M_{2n}(\mathbb {Z} ):M^{\mathrm {T} }JM=J\},}

dónde

J=(0InorteInorte0).{\displaystyle J={\begin{pmatrix}0&I_{n}\\-I_{n}&0\end{pmatrix}}.}

Paranorte=1{\displaystyle n=1}Este grupo coincide con el grupo modular.SL(2,Z){\displaystyle \operatorname {SL} (2,\mathbb {Z} )}.

El grupoSp(2norte,Z){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} )}actúa sobre el semiplano superior de Siegel , el espacio de complejos simétricosnorte×norte{\displaystyle n\times n}matrices con parte imaginaria definida positiva, mediante transformaciones lineales fraccionarias

γτ=(Aτ+B)(doτ+D)1,γ=(ABdoD)Sp(2norte,Z).{\displaystyle \gamma \cdot \tau =(A\tau +B)(C\tau +D)^{-1},\qquad \gamma ={\begin{pmatrix}A&B\\C&D\end{pmatrix}}\in \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} ).}

Por esta razón,Sp(2norte,Z){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} )}También se le llama grupo modular de Siegel de gradonorte{\displaystyle n}.

Sus subgrupos de congruencia , como el subgrupo de congruencia principal.

Γnorte(metro)={γSp(2norte,Z):γI2norte(modmetro)},{\displaystyle \Gamma _{n}(m)=\{\gamma \in \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} ):\gamma \equiv I_{2n}{\pmod {m}}\},}

desempeñan un papel central en la teoría de las formas modulares de Siegel . El cociente del semiespacio superior de Siegel porSp(2norte,Z){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {Z} )}es el espacio de módulos de variedades abelianas polarizadas principalmente de dimensiónnorte{\displaystyle n}y los cocientes por subgrupos de congruencia corresponden a la adición de estructura de nivel.

En geometría aritmética también se estudian otros subgrupos aritméticos del grupo simpléctico, como los grupos paramodulares .

Relación entre los grupos simplécticos

Toda álgebra de Lie compleja y semisimple tiene una forma real escindida y una forma real compacta ; la primera se denomina complejización de las dos últimas.

El álgebra de Lie deSp(2norte,do){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {C} )}es semisimple y se denotaspag(2norte,do){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {C} )}Su forma real dividida esspag(2norte,R){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {R} )}y su forma real compacta esspag(norte){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(n)}Estos corresponden a los grupos de Lie.Sp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}ySp(norte){\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}respectivamente.

Las álgebras,spag(pag,nortepag){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(p,n-p)}, que son las álgebras de Lie deSp(pag,nortepag){\displaystyle \operatorname {Sp} (p,n-p)}, son la signatura indefinida equivalente a la forma compacta.

isomorfismos accidentales

También existen varios isomorfismos accidentales , con diversos grupos de espín :

  • Sp(2,F)SL(2,F){\displaystyle \operatorname {Sp} (2,\mathbb {F} )\cong \operatorname {SL} (2,\mathbb {F} )}(en características diferentes de dos), ySp(2,R)Girar0(1,2){\displaystyle \operatorname {Sp} (2,\mathbb {R} )\cong \operatorname {Spin} _{0}(1,2)}Esto se debe a que el grupo lineal especial conserva automáticamente cualquier forma simpléctica en dos dimensiones.
  • Sp(1)SU(2)Girar(3){\displaystyle \operatorname {Sp} (1)\cong \operatorname {SU} (2)\cong \operatorname {Spin} (3)}
  • Girar(4)Sp(1)×Sp(1){\displaystyle \operatorname {Spin} (4)\cong \operatorname {Sp} (1)\times \operatorname {Sp} (1)}
  • Sp(2)Girar(5){\displaystyle \operatorname {Sp} (2)\cong \operatorname {Spin} (5)}Este isomorfismo se exhibe al identificarSp(2){\displaystyle \operatorname {Sp} (2)}con el grupo de2×2{\displaystyle 2\times 2}matrices cuaterniónicasgramoMETRO2(H){\displaystyle g\in M_{2}(\mathbb {H} )}de tal manera quegramogramo=I{\displaystyle g^{*}g=I}dóndegramo=gramo¯T{\displaystyle g^{*}={\bar {g}}^{T}}es la transpuesta conjugada deincógnita{\displaystyle x}. El rastro reducido enMETRO2(H){\displaystyle M_{2}(\mathbb {H} )}es invariante bajoSp(2){\displaystyle \operatorname {Sp} (2)}-conjugación y el espacio de trazas (reducidas) libresincógnitaMETRO2(H){\displaystyle x\in M_{2}(\mathbb {H} )}de tal manera queincógnita=incógnita{\displaystyle x^{*}=x}es un espacio euclidiano pentadimensional, con forma cuadráticatrrmid(incógnita2){\displaystyle \operatorname {tr} _{\mathrm {red} }(x^{2})}.
  • Sp(1,1)Girar0(1,4){\displaystyle \operatorname {Sp} (1,1)\cong \operatorname {Spin} _{0}(1,4)}Este isomorfismo se exhibe al identificarSp(1,1){\displaystyle \operatorname {Sp} (1,1)}con el grupo de2×2{\displaystyle 2\times 2}matrices cuaterniónicasgramoMETRO2(H){\displaystyle g\in M_{2}(\mathbb {H} )}de tal manera quegramoKgramo=K{\displaystyle g^{*}Kg=K}dóndeK=[0110]{\displaystyle K={\begin{bmatrix}0&1\\1&0\end{bmatrix}}}ygramo=gramo¯T{\displaystyle g^{*}={\bar {g}}^{T}}es la transpuesta conjugada deincógnita{\displaystyle x}. La traza reducida es invariante bajoSp(1,1){\displaystyle \operatorname {Sp} (1,1)}-conjugación y el espacio de trazas (reducidas) libresincógnitaMETRO2(H){\displaystyle x\in M_{2}(\mathbb {H} )}de tal manera queKincógnitaK=incógnita{\displaystyle Kx^{*}K=x}es un espacio pseudoeuclidiano pentadimensional, con forma cuadráticatrrmid(incógnita2){\displaystyle \operatorname {tr} _{\mathrm {red} }(x^{2})}, de firma(1,4){\displaystyle (1,4)}.
  • Sp(4,R)Girar0(2,3){\displaystyle \operatorname {Sp} (4,\mathbb {R} )\cong \operatorname {Spin} _{0}(2,3)}. IdentificarSp(4,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (4,\mathbb {R} )}como subconjunto del anilloMETRO4(R){\displaystyle M_{4}(\mathbb {R} )}de4×4{\displaystyle 4\times 4}matrices realesgramo{\displaystyle g}de tal manera quegramoJgramoT=J{\displaystyle gJg^{T}=J}dóndeJ=[0II0]{\displaystyle J={\begin{bmatrix}0&I\\-I&0\end{bmatrix}}}(con2×2{\displaystyle 2\times 2}bloques yI{\displaystyle I}el2×2{\displaystyle 2\times 2}matriz identidad). El subespacioVMETRO4(R){\displaystyle V\subset M_{4}(\mathbb {R} )}que consisten en matrices sin trazaJ{\displaystyle J}de tal manera queincógnita=JincógnitaTJ{\displaystyle x=-Jx^{T}J}es pentadimensional, y la forma de traza define una firma.(2,3){\displaystyle (2,3)}métrica pseudoeuclidiana sobre ella, que se conserva mediante la acciónincógnitagramoincógnitagramo1{\displaystyle x\mapsto gxg^{-1}}deSp(4,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (4,\mathbb {R} )}.

Significado físico

Mecánica clásica

El verdadero grupo simplécticoSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}surge en la mecánica hamiltoniana como el grupo de transformaciones canónicas lineales del espacio de fases. En coordenadas canónicas

(q1,,qnorte,pag1,,pagnorte),{\displaystyle (q^{1},\dots ,q^{n},p_{1},\dots ,p_{n}),}

Sus elementos son precisamente los cambios lineales de variables que preservan la forma simpléctica estándar, o equivalentemente el corchete de Poisson .

El álgebra de Liespag(2norte,R){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(2n,\mathbb {R} )}se identifica naturalmente con hamiltonianos cuadráticos en el espacio de fases: si

H(z)=12zTKz,{\displaystyle H(z)={\tfrac {1}{2}}z^{\mathrm {T} }Kz,}

entonces el flujo hamiltoniano correspondiente es lineal y define un subgrupo de un parámetro deSp(2norte,R){\displaystyle \operatorname {Sp} (2n,\mathbb {R} )}En este sentido, el grupo simpléctico se genera mediante hamiltonianos cuadráticos.

Mecánica cuántica y el grupo metapléctico

El grupo simpléctico actúa mediante cambios lineales de coordenadas en el espacio de fases de la mecánica clásica. Cuando se intenta aplicar las mismas transformaciones a las funciones de onda de la mecánica cuántica , se produce una ambigüedad de fase, y es necesario recurrir a un recubrimiento doble . El grupo metapléctico es un recubrimiento doble del grupo simpléctico sobreR{\displaystyle \mathbb {R} }(Tiene análogos en otros cuerpos locales , cuerpos finitos y anillos de adele ).

Véase también

Notas

  1. "Grupo simpléctico" , Enciclopedia de Matemáticas. Consultado el 13 de diciembre de 2014.
  2. Hall 2015 Prop. 3.25
  3. Hall 2015 , pág. 10.
  4. 1 2 3 4 Knapp, Anthony W. (2002). Lie Groups Beyond an Introduction (2nd  ed.). Birkhäuser.
  5. Salón 2015 .
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Referencias

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