In the world of Physics, symmetry is not just a matter of aesthetics. Indeed, symmetry is a dynamical aspect of most (if not all) physical theories, where it is realized as invariance under certain sets of transformations. And, as is often the case, the requirement of symmetry is intimately related to the physical principles upon which a theory is built. Special Relativity, which is the subject of this short book, is the theory of Lorentz symmetry in flat spacetime. This symmetry is understood as form-invariance (covariance) of mathematical equations expressing physical laws, under transformations produced by the Lorentz group. After examining the basic Lie-group and Lie-algebraic characteristics of this group, the transformation rules leading to a covariant formulation of both mechanics and electrodynamics are studied. As a special topic, the independence problem for Maxwell’s equations is revisited in the light of the covariant form of the Maxwell system, by viewing this system as a Bäcklund transformation relating the wave equations for the electric and the magnetic field. To make the book suitable for self-study, all end-of-chapter problems are accompanied by detailed solutions.
Στον κόσμο της Φυσικής η συμμετρία δεν είναι απλά ζήτημα αισθητικής. Πράγματι, η συμμετρία παίζει δυναμικό ρόλο στις περισσότερες, αν όχι όλες τις φυσικές θεωρίες, όπου την αντιλαμβανόμαστε ως αμεταβλητότητα κάτω από σύνολα μετασχηματισμών. Και, όπως συμβαίνει συχνά, η απαίτηση για συμμετρία συνδέεται στενά με τις φυσικές αρχές πάνω στις οποίες "χτίζεται" μια θεωρία.
Η Ειδική Σχετικότητα, που είναι το αντικείμενο αυτού του σύντομου βιβλίου, αποτελεί τη θεωρία της συμμετρίας Lorentz στον επίπεδο χωροχρόνο. Αυτή τη συμμετρία την αντιλαμβανόμαστε σαν αμεταβλητότητα μορφής (ιδιότητα του "συναλλοίωτου") των μαθηματικών εξισώσεων που εκφράζουν φυσικούς νόμους, κάτω από μετασχηματισμούς που παράγονται από την ομάδα Lorentz. Αρχικά, μελετούμε την ομάδα αυτή ως ομάδα Lie σχετιζόμενη με αντίστοιχη άλγεβρα Lie. Στη συνέχεια εξάγουμε τους κανόνες μετασχηματισμών που οδηγούν σε συναλλοίωτες μαθηματικές εκφράσεις για τους νόμους της μηχανικής και της ηλεκτροδυναμικής. Σαν ειδικό θέμα, συζητούμε το πρόβλημα της ανεξαρτησίας των εξισώσεων του Maxwell υπό το φως της συναλλοίωτης μορφής του συστήματος Maxwell, θεωρώντας το σύστημα αυτό σαν μετασχηματισμό Bäcklund που συνδέει τις κυματικές εξισώσεις για το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο.
Όλα τα προβλήματα στο τέλος των κεφαλαίων συνοδεύονται από αναλυτικές λύσεις.
