Trilha 03 · o cancelamento termo a termo

Equações de onda

Opere a equação de primeira ordem, abra \(Δ\) e \(∇β\) em colunas paralelas e confira no livro-caixa por que \(φψ\) cancela enquanto \(Ψψ\) permanece.

passo01

Uma segunda derivada é o ponto de entrada para \(□\) e para o comutador de curvatura.

Diferencie a equação de primeira ordem

entradaaprovada
\[\nabla^{A}{}_{B'}\psi^{B}{}_{A}+\frac12m^2A^{B}{}_{B'}=0\]

A equação de campo de Proca em forma espinorial compacta liga a divergência de \(\psi\) ao potencial com coeficiente um meio de \(m\) ao quadrado.

operação aplicadaEscolha a posição de índices da Eq. (32) do artigo v7 e aplique \(∇CB′\) a todos os seus termos, sem mover índices no meio do produto.
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Aplicar uma derivada adicional à equação espinorial de primeira ordem e conservar, com todos os índices visíveis, os quatro termos produzidos por linearidade e Leibniz.

Antes de começar

  • Usamos a Eq. (32) do artigo v7, com o potencial corretamente escrito como \(A^{BB'}\), e a Eq. (4.34) da dissertação como conferência da operação.
  • O setor tratado é o não primado; o conjugado é reconstruído ao final.
  • Nenhum índice é elevado ou abaixado no meio da aplicação de Leibniz.
  1. Linha 1

    Fixe a equação de primeira ordem

    \[\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}=0\]
    O que fizemos

    Fixamos uma única configuração dos índices da equação de campo antes de diferenciá-la.

    Por que é válido

    As formas compacta e expandida são relacionadas pelas equações de autovalor de \(\gamma\); a fonte usa esta forma para iniciar a cadeia de segunda ordem.

  2. Linha 2

    Aplique \(\nabla\) ao conjunto inteiro

    \[\nabla_{CB'}\!\left(\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\right)=\nabla_{CB'}0=0\]
    O que fizemos

    Derivamos covariantemente ambos os lados e conservamos os parênteses.

    Por que é válido

    A derivada covariante de uma identidade nula continua sendo nula.

  3. Linha 3

    Distribua a derivada por linearidade

    \[\nabla_{CB'}\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2\nabla_{CB'}A^{BB'}+i\nabla_{CB'}(\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB})=0\]
    O que fizemos

    Usamos linearidade e retiramos \(m\) ao quadrado constante da derivada.

    Por que é válido

    \(M\) é parâmetro constante e os três somandos podem ser diferenciados separadamente.

  4. Linha 4

    Abra somente o produto \(\beta \psi\)

    \[\nabla_{CB'}(\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB})=(\nabla_{CB'}\beta^{B'}{}_{A})\psi^{AB}+\beta^{B'}{}_{A}\nabla_{CB'}\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Aplicamos a regra de Leibniz ao terceiro bloco.

    Por que é válido

    \(\beta\) e \(\psi\) são ambos campos dependentes da posição; nenhum pode ser tratado como constante.

  5. Linha 5

    Exiba os quatro lançamentos com índices

    \[\underbrace{\nabla_{CB'}\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}}_{D_C{}^B}-\underbrace{\frac12m^2\nabla_{CB'}A^{BB'}}_{M_C{}^B}+\underbrace{i(\nabla_{CB'}\beta^{B'}{}_{A})\psi^{AB}}_{B_{1C}{}^B}+\underbrace{i\beta^{B'}{}_{A}\nabla_{CB'}\psi^{AB}}_{B_{2C}{}^B}=0\]
    O que fizemos

    Rotulamos cada parcela sem suprimir índices nem efetuar cancelamentos.

    Por que é válido

    As próximas etapas usam identidades diferentes em cada bloco; manter a procedência permite conferir o cancelamento termo a termo.

  6. Linha 6

    Registre a equação operada

    \[\nabla_{CB'}\!\left(\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\right)=0\]
    O que fizemos

    Reunimos os quatro lançamentos na forma compacta que será usada nos passos seguintes.

    Por que é válido

    Esta linha é exatamente a operação efetuada na Eq. (4.34) da dissertação e na cadeia iniciada pela Eq. (32) do artigo v7.

saídaaprovada
\[\nabla_{CB'}\!\left(\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\right)=0\]

A equação de campo espinorial é derivada mais uma vez para produzir uma equação de segunda ordem para \(\psi\).

Regra ou lema

  • Linearidade de \(∇\).
  • Regra de Leibniz no termo \(βψ\).
  • Posições de índices permanecem explícitas.

Hipóteses

  • Setor não primado; o conjugado é reconstruído depois.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

Há três blocos a acompanhar: duas derivadas sobre \(ψ\), derivada do termo de massa e derivada do produto \(βψ\).

passo02

A parte de traço produz o d'Alembertiano; a parte simétrica carrega as curvaturas.

Separe \(□\) e \(Δ\)

entrada 1aprovada
\[\nabla_{CB'}\!\left(\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\right)=0\]

A equação de campo espinorial é derivada mais uma vez para produzir uma equação de segunda ordem para \(\psi\).

entrada 2aprovada
\[\Delta_{AB}=\nabla_{(A}{}^{C'}\nabla_{B)C'},\qquad [\nabla_{AA'},\nabla_{BB'}]=\gamma_{AB}\Delta_{A'B'}+\gamma_{A'B'}\Delta_{AB}\]

O operador \(\Delta\) é a parte simétrica do produto de duas derivadas espinoriais e organiza o comutador covariante.

operação aplicadaUse a correlação de derivadas da v7, Eqs. (35)–(38), e substitua a ação de \(Δ\) sobre \(ψ\).
Cálculo linha por linha7 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Separar a derivada dupla de \(\psi\) em transporte de fase, d'Alembertiano e operador \(\Delta\), e então escrever a ação de \(\Delta\) na configuração publicada.

Antes de começar

  • Partimos apenas do bloco com duas derivadas sobre \(\psi\).
  • A posição dos índices de \(\psi\) permanece a mesma usada na equação operada.
  • As convenções de \(\gamma\) e de curvatura são as da trilha anterior.
  1. Linha 1

    Isole o bloco de segunda ordem

    \[D_C{}^B\equiv\nabla_{CB'}\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Nomeamos o primeiro bloco da equação operada sem alterar seus índices.

    Por que é válido

    A abreviação permite decompô-lo sem misturar os termos de massa e \(\beta\).

  2. Linha 2

    Use a correlação básica de derivadas

    \[\nabla_{B'}{}^{L}\nabla^{MB'}=\Delta^{LM}+\frac12\gamma^{LM}\Box\]
    O que fizemos

    Aplicamos a decomposição em parte simétrica e traço à dupla derivada.

    Por que é válido

    Esta é a correlação de derivadas apresentada nas fontes para iniciar as equações de onda.

  3. Linha 3

    Aplique a correlação na ordem da cadeia

    \[D_C{}^B=i\beta_{CB'}\nabla_A{}^{B'}\psi^{AB}+\left(\Delta_{AC}-\frac12\gamma_{AC}\Box\right)\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Usamos a correlação na ordem concreta dos índices C, A e \(B\) linha.

    Por que é válido

    Ao inverter a ordem das derivadas no formalismo \(\gamma\), a conexão de fase produz o primeiro termo; a Eq. (38) do artigo v7 registra exatamente esta forma.

  4. Linha 4

    Contraia a parcela de traço

    \[-\frac12\gamma_{AC}\Box\psi^{AB}=-\frac12\Box\psi_C{}^B\]
    O que fizemos

    Contraímos \(\gamma\) somente depois de fixar a ordem dos índices.

    Por que é válido

    A derivada já atuou sobre \(\psi\); nesta linha apenas a contração algébrica converte a configuração dos índices do resultado.

  5. Linha 5

    Expanda \(\Delta\) antes de mover os índices

    \[\Delta_{AC}\psi^{AB}=\frac{R}{6}\gamma_{CA}\psi^{AB}+\Psi_{AMC}{}^B\psi^{AM}-2i\phi_{AC}\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Inserimos a ação do comutador na mesma configuração usada pela Eq. (39) do artigo.

    Por que é válido

    Manter esta linha antes da movimentação de índices permite conferir separadamente os sinais oriundos do \(\gamma\) antissimétrico.

  6. Linha 6

    Leve toda a identidade à configuração covariante

    \[\Delta^{AC}\psi_{AB}=\gamma^{AP}\gamma^{CQ}\gamma_{AR}\gamma_{BS}\left(\Delta_{PQ}\psi^{RS}\right)\]
    O que fizemos

    Elevamos os índices do operador e abaixamos os de \(\psi\) em uma única transformação coerente.

    Por que é válido

    Essa operação evita comparar sinais de fórmulas com posições de índices distintas; os índices mudos são renomeados somente ao final.

  7. Linha 7

    Registre a ação de \(\Delta\) usada no livro-caixa

    \[\Delta^{AC}\psi_{AB}=\frac{R}{6}\psi_B{}^C+\Psi^{AMC}{}_{B}\psi_{AM}-2i\phi^{AC}\psi_{AB}\]
    O que fizemos

    Renomeamos os índices mudos e fixamos os índices livres \(B\) e C.

    Por que é válido

    Esta é a forma que alimenta o livro-caixa do site; nenhuma contribuição foi cancelada durante a movimentação dos índices.

saídaaprovada
\[\Delta^{AC}\psi_{AB}=\frac{R}{6}\psi_B{}^C+\Psi^{AMC}{}_{B}\psi_{AM}-2i\phi^{AC}\psi_{AB}\]

A ação de \(\Delta\) sobre \(\psi\) produz termos de curvatura escalar, acoplamento gravitacional com \(\Psi\) e um termo eletromagnético intermediário com \(\phi\).

Regra ou lema

  • \(\nabla^L{}_{B'}\nabla^{MB'}=\Delta^{LM}+\tfrac12\gamma^{LM}\Box\)
  • Ação do comutador sobre um espinor de valência (2,0).

Hipóteses

  • As convenções de \(γ\) são as mesmas em toda a cadeia.
Livro-caixaorigem → sinal → destino
cancela
Curvatura eletromagnética vinda de \(Δψ\)Artigo v7, Eq. (39); na forma de índice escolhida para montar a Eq. (47).
\(-2i\phi^{AC}\psi_{AB}\)
permanece
Curvatura de WeylAção gravitacional do comutador sobre \(ψ\) de valência (2,0).
\(\Psi^{AMC}{}_{B}\psi_{AM}\)+
Checkpoint: consigo justificar este passo?

Neste ponto, \(φψ\) deve aparecer. Sua presença intermediária é um teste de que o comutador foi realmente expandido.

passo03

A derivada de \(β\) contém precisamente a contribuição \(φ\) necessária para fechar o livro-caixa.

Abra a derivada de \(βψ\)

entrada 1aprovada
\[\nabla_{CB'}\!\left(\nabla^{B'}{}_{A}\psi^{AB}-\frac12m^2A^{BB'}+i\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB}\right)=0\]

A equação de campo espinorial é derivada mais uma vez para produzir uma equação de segunda ordem para \(\psi\).

entrada 2aprovada
\[F_{AA'BB'}=\gamma_{A'B'}\phi_{AB}+\gamma_{AB}\phi_{A'B'},\qquad \beta_\mu=\nabla_\mu\Phi+2\Phi_\mu\]

A curvatura eletromagnética geométrica divide-se nos espinores \(\phi\), enquanto \(\beta\) combina a fase de \(\gamma\) com o potencial do formalismo.

operação aplicadaAplique Leibniz, separe a derivada de \(β\) em partes simétrica e antissimétrica e use \(βμ=∇μΦ+2Φμ\).
Cálculo linha por linha8 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Abrir a derivada de \(\beta \psi\) e mostrar de onde surge a contribuição mais dois i \(\phi \psi\) que cancela a contribuição de \(\Delta\).

Antes de começar

  • \(\beta_\mu\) é definido por \(\nabla_\mu \Phi\) mais duas vezes \(\Phi_\mu\).
  • A regra de Leibniz já separou \(\nabla \beta\) de \(\beta \nabla \psi\).
  • O cancelamento só será feito depois de igualar posições de índices e contrações.
  1. Linha 1

    Retome o produto derivado

    \[i\nabla_{CB'}(\beta^{B'}{}_{A}\psi^{AB})=i(\nabla_{CB'}\beta^{B'}{}_{A})\psi^{AB}+i\beta^{B'}{}_{A}\nabla_{CB'}\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Mantivemos explícita a expansão de Leibniz com o fator i.

    Por que é válido

    Os dois termos têm destinos diferentes: um gera curvatura e o outro gera transporte de fase.

  2. Linha 2

    Junte os dois transportes por \(\beta\)

    \[i\beta_{CB'}\nabla_A{}^{B'}\psi^{AB}+i\beta_A{}^{B'}\nabla_{CB'}\psi^{AB}=i\gamma_{CA}\beta_\mu\nabla^\mu\psi^{AB}\]
    O que fizemos

    Reordenamos os índices primados contraídos e usamos a identidade de transporte da Eq. (44) do artigo.

    Por que é válido

    Esta linha conserva as duas parcelas de primeira derivada; ela não participa do cancelamento de \(\phi \psi\).

  3. Linha 3

    Projete a derivada de \(\beta\)

    \[\nabla^{B'C}\beta^A{}_{B'}=\nabla^{B'(C}\beta^{A)}{}_{B'}+\nabla^{B'[C}\beta^{A]}{}_{B'}\]
    O que fizemos

    Aplicamos os projetores de simetrização e antissimetrização com peso unitário.

    Por que é válido

    Somente depois dessa projeção é possível identificar, sem misturar traço e parte simétrica, a curvatura \(\phi\) A C.

  4. Linha 4

    Insira a definição de \(\beta\)

    \[\beta_\mu=\nabla_\mu\Phi+2\Phi_\mu\quad\Longrightarrow\quad\nabla_\nu\beta_\mu=\nabla_\nu\nabla_\mu\Phi+2\nabla_\nu\Phi_\mu\]
    O que fizemos

    Derivamos covariantemente os dois termos da definição de \(\beta\).

    Por que é válido

    A linearidade preserva o coeficiente dois que determinará o módulo do termo eletromagnético.

  5. Linha 5

    Reconheça \(\Delta \Phi\) e \(\phi\)

    \[\nabla^{B'(C}\beta^{A)}{}_{B'}=\Delta^{AC}\Phi+2\phi^{AC}\]
    O que fizemos

    Identificamos as duas derivadas simétricas da fase com \(\Delta\) e a curvatura do potencial geométrico com \(\phi\).

    Por que é válido

    Esta é a identidade das Eqs. (4.43) e (46), antes de usar a ausência de torção.

  6. Linha 6

    Use a ausência de torção no escalar

    \[\Delta^{AC}\Phi=\nabla^{B'(A}\nabla^{C)}{}_{B'}\Phi=0\]
    O que fizemos

    Comutamos as derivadas sobre \(\Phi\) e aplicamos a projeção simétrica definida nas fontes.

    Por que é válido

    O anulamento vale para \(\Delta \Phi\); ele não implica que \(\phi\) A C seja zero.

  7. Linha 7

    Identifique o parceiro eletromagnético

    \[i(\Delta^{AC}\Phi+2\phi^{AC})\psi_{AB}=\underbrace{2i\phi^{AC}\psi_{AB}}_{\nabla\beta}\]
    O que fizemos

    Multiplicamos a identidade por i \(\psi\) A \(B\) e eliminamos apenas o termo comprovadamente nulo.

    Por que é válido

    O termo restante possui a mesma configuração e contração, mas sinal oposto, ao termo vindo de \(\Delta \psi\).

  8. Linha 8

    Registre a identidade antes do cancelamento

    \[i\nabla^{B'(C}\beta^{A)}{}_{B'}=i\!\left(\Delta^{AC}\Phi+2\phi^{AC}\right)\]
    O que fizemos

    Restauramos a identidade completa que será referenciada pelo livro-caixa.

    Por que é válido

    Conservar \(\Delta \Phi\) na fórmula de referência torna explícito qual hipótese permite anulá-lo na aplicação seguinte.

saídaaprovada
\[i\nabla^{B'(C}\beta^{A)}{}_{B'}=i\!\left(\Delta^{AC}\Phi+2\phi^{AC}\right)\]

A parte simétrica da derivada de \(\beta\) contém um termo de fase \(\Delta \Phi\) e um termo eletromagnético mais dois i \(\phi\).

Regra ou lema

  • Regra de Leibniz.
  • A parte simétrica gera \(ΔΦ+2φ\).
  • A parte antissimétrica é proporcional a \(γAC\).

Hipóteses

  • \(Φ\) é escalar mundo com o comportamento de calibre do formalismo \(γ\).
Termos cancelados

\((+2i\phi^{AC}\psi_{AB})+(-2i\phi^{AC}\psi_{AB})\)A contribuição da derivada de \(β\) tem sinal oposto à contribuição eletromagnética do bloco \(Δψ\) na equação montada.

Livro-caixaorigem → sinal → destino
cancela
Curvatura eletromagnética vinda de \(∇β\)Artigo v7, Eq. (46), depois de inserir o bloco no lado correspondente da equação operada.
\(+2i\phi^{AC}\psi_{AB}\)+
permanece
Transporte de faseCombinação dos termos com \(β\) multiplicando a primeira derivada de \(ψ\).
\(-2i\beta^\mu\nabla_\mu\psi_{AB}\)
Checkpoint: consigo justificar este passo?

O cancelamento não afirma \(φAB=0\); afirma que dois caminhos algébricos distintos geram termos \(φψ\) iguais e opostos.

passo04

A restrição mundo volta a entrar para transformar \(∇A\) em \(ψ\).

Reduza o termo de massa com a divergência

entrada 1aprovada
\[m^2\nabla_\mu A^\mu=0\quad\overset{m>0}{\Longrightarrow}\quad\nabla_\mu A^\mu=0\]

Para massa estritamente positiva, a divergência covariante do potencial de Proca é nula.

entrada 2aprovada
\[\psi_{AB}=-\nabla^{{C'}}{}_{(A}A_{B)C'},\qquad \psi^{AB}=\nabla_{C'}{}^{(A}A^{B)C'}\]

A função de onda de Proca é a derivada simetrizada do potencial mundo–espinor, com versões covariante e contravariante.

operação aplicadaDecomponha \(∇CB′A^{BB′}\) em parte simétrica \(ψC{}^B\) e traço proporcional a \(∇μA^μ\); depois imponha a restrição \(m>0\).
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Decompor a derivada do potencial no bloco de massa e eliminar somente sua parte de traço usando a transversalidade massiva.

Antes de começar

  • O bloco de massa da equação operada contém \(\nabla_{CB'}A^{BB'}\).
  • A parte simétrica dessa derivada é a função de onda de Proca na configuração escolhida.
  • A parte de traço é proporcional à divergência mundo de A.
  1. Linha 1

    Isole a derivada do potencial

    \[-\frac12m^2\nabla_{CB'}A^{BB'}\]
    O que fizemos

    Separamos o segundo bloco da equação operada.

    Por que é válido

    O coeficiente vem diretamente da equação espinorial de primeira ordem escolhida.

  2. Linha 2

    Use a decomposição da fonte

    \[\nabla_{CB'}A^{BB'}=\gamma_{MC}\!\left(\psi^{MB}+\frac12\gamma^{MB}\nabla_\mu A^\mu\right)\]
    O que fizemos

    Decompusemos a derivada do potencial em parte de Proca e traço, mantendo os fatores \(\gamma\) da Eq. (41).

    Por que é válido

    Esta forma evita introduzir um sinal de \(\delta\) antes de especificar a convenção de contração dos \(\gamma\) antissimétricos.

  3. Linha 3

    Reconheça o traço mundo

    \[\nabla_{LB'}A^{LB'}=\nabla_\mu A^\mu\]
    O que fizemos

    Usamos os conectores para converter a contração espinorial de volta à notação mundo.

    Por que é válido

    A constância covariante de \(\sigma\) preserva a contração durante a conversão.

  4. Linha 4

    Imponha a restrição de Proca

    \[m>0\quad\Longrightarrow\quad m^2\nabla_\mu A^\mu=0\quad\Longrightarrow\quad\nabla_\mu A^\mu=0\]
    O que fizemos

    Usamos a divergência da equação de Proca e dividimos por \(m\) ao quadrado somente sob a hipótese \(m\) maior que zero.

    Por que é válido

    A restrição decorre da própria equação massiva e vale no mesmo domínio desta dedução.

  5. Linha 5

    Elimine somente o traço

    \[\nabla_{CB'}A^{BB'}=\gamma_{MC}\psi^{MB}=\psi_C{}^B\]
    O que fizemos

    Eliminamos a única parcela nula da decomposição.

    Por que é válido

    A parte simétrica permanece e é precisamente a definição espinorial da função de onda nessa configuração.

  6. Linha 6

    Registre a condição junto ao resultado

    \[\nabla_{CB'}A^{BB'}=\psi_C{}^B\quad\text{quando}\quad\nabla_\mu A^\mu=0\]
    O que fizemos

    Anexamos ao resultado a hipótese que autorizou a eliminação do traço.

    Por que é válido

    A fórmula pública não deve ser reutilizada no cartão formal \(m\) igual a zero sem uma análise independente da divergência.

saídaaprovada
\[\nabla_{CB'}A^{BB'}=\psi_C{}^B\quad\text{quando}\quad\nabla_\mu A^\mu=0\]

A derivada do potencial no termo de massa reduz-se à função de onda \(\psi\) depois de impor a divergência de Proca.

Regra ou lema

  • Decomposição simétrica \(+\) traço.
  • Transversalidade covariante de Proca.

Hipóteses

  • \(m>0\).
Termos cancelados

\(\tfrac12\delta_C{}^B\nabla_\mu A^\mu\)A divergência covariante é zero para o campo de Proca massivo.

Checkpoint: consigo justificar este passo?

Este é outro ponto em que o limite \(m=0\) não pode ser obtido apenas substituindo zero depois de uma divisão por \(m^{2}\).

passo05

\(φψ\) zera; o acoplamento \(Ψψ\) não encontra parceiro de sinal oposto.

Some o livro-caixa

entrada 1aprovada
\[\Delta^{AC}\psi_{AB}=\frac{R}{6}\psi_B{}^C+\Psi^{AMC}{}_{B}\psi_{AM}-2i\phi^{AC}\psi_{AB}\]

A ação de \(\Delta\) sobre \(\psi\) produz termos de curvatura escalar, acoplamento gravitacional com \(\Psi\) e um termo eletromagnético intermediário com \(\phi\).

entrada 2aprovada
\[i\nabla^{B'(C}\beta^{A)}{}_{B'}=i\!\left(\Delta^{AC}\Phi+2\phi^{AC}\right)\]

A parte simétrica da derivada de \(\beta\) contém um termo de fase \(\Delta \Phi\) e um termo eletromagnético mais dois i \(\phi\).

entrada 3aprovada
\[\nabla_{CB'}A^{BB'}=\psi_C{}^B\quad\text{quando}\quad\nabla_\mu A^\mu=0\]

A derivada do potencial no termo de massa reduz-se à função de onda \(\psi\) depois de impor a divergência de Proca.

operação aplicadaReúna \(□\), transporte por \(β\), escalar auxiliar, \(R/3\), massa e curvaturas. Cancele apenas pares com a mesma configuração de índices e a mesma contração.
Cálculo linha por linha8 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Somar todos os blocos na mesma configuração de índices, cancelar o par eletromagnético e conservar os termos de propagação, massa e curvatura gravitacional.

Antes de começar

  • A montagem é feita primeiro na configuração contravariante \(\psi^{AB}\), como na Eq. (47), e depois na configuração covariante \(\psi_{AB}\); ambas têm valência espinorial (2,0).
  • \(\Theta\) para índices baixos será definido explicitamente; ele não será invocado como um símbolo circular.
  • Somente termos com índices livres, contrações e coeficientes idênticos podem ser cancelados.
  1. Linha 1

    Feche o livro-caixa eletromagnético

    \[\underbrace{-2i\phi^{AC}\psi_{AB}}_{\Delta\psi}+\underbrace{2i\phi^{AC}\psi_{AB}}_{\nabla\beta}=0\]
    O que fizemos

    Comparamos a configuração, os índices contraídos e os coeficientes antes de somar.

    Por que é válido

    Os dois termos são tensorialmente idênticos e têm sinais opostos; Weyl \(\psi\) não possui parceiro análogo.

  2. Linha 2

    Defina o escalar da configuração contravariante

    \[\Theta_\uparrow\equiv-\beta^\mu\beta_\mu+i\nabla_\mu\beta^\mu\]
    O que fizemos

    Nomeamos a combinação escalar calculada na Eq. (48) do artigo.

    Por que é válido

    A definição explícita permite conferir separadamente \(\beta\) ao quadrado e \(\nabla \beta\), sem apelar ao resultado final.

  3. Linha 3

    Exiba a equação antes da normalização global

    \[\left(-\frac12\Box-i\beta^\mu\nabla_\mu-\frac12\Theta_\uparrow-\frac{R}{6}-\frac12m^2\right)\psi^{AB}+\Psi^{AB}{}_{LM}\psi^{LM}=0\]
    O que fizemos

    Somamos os termos remanescentes na normalização herdada da correlação de duas derivadas.

    Por que é válido

    Escrever esta linha impede que os fatores dois da equação final sejam introduzidos termo a termo.

  4. Linha 4

    Multiplique a equação inteira por menos dois

    \[(-2)\!\left[\left(-\frac12\Box-i\beta^\mu\nabla_\mu-\frac12\Theta_\uparrow-\frac{R}{6}-\frac12m^2\right)\psi^{AB}+\Psi^{AB}{}_{LM}\psi^{LM}\right]=0\]
    O que fizemos

    Aplicamos uma única normalização global à igualdade.

    Por que é válido

    Assim, menos um meio vira mais um, menos \(R\) sobre seis vira mais \(R\) sobre três e mais \(\Psi\) vira menos duas \(\Psi\) simultaneamente.

  5. Linha 5

    Obtenha a equação normalizada contravariante

    \[\left(\Box+2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta_\uparrow+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi^{AB}-2\Psi^{AB}{}_{LM}\psi^{LM}=0\]
    O que fizemos

    Distribuímos o fator menos dois da linha anterior.

    Por que é válido

    O resultado coincide com as Eqs. (47) e (48) do artigo v7.

  6. Linha 6

    Defina o escalar da configuração covariante

    \[\Theta_\downarrow\equiv-\beta^\mu\beta_\mu-i\nabla_\mu\beta^\mu\]
    O que fizemos

    Escrevemos explicitamente a combinação chamada barra \(\Theta\) no artigo e menos \(\Upsilon\) na dissertação.

    Por que é válido

    A movimentação dos índices inverte o sinal do termo imaginário; o símbolo do site será fixado por esta definição operacional.

  7. Linha 7

    Troque a configuração sem perder os sinais

    \[\psi^{AB}\longleftrightarrow\psi_{AB}:\qquad +2i\beta^\mu\nabla_\mu\longleftrightarrow-2i\beta^\mu\nabla_\mu,\qquad\Theta_\uparrow\longleftrightarrow\Theta_\downarrow\]
    O que fizemos

    Aplicamos o dispositivo de movimentação de índices das Eqs. (54) a (58) do artigo.

    Por que é válido

    As derivadas dos \(\gamma\) usados para mover os índices são responsáveis por essa reorganização; não se trata de simples substituição tipográfica.

  8. Linha 8

    Registre a equação final covariante

    \[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]
    O que fizemos

    Adotamos no site a abreviação \(\Theta\) igual a \(\Theta\) baixo e reunimos os saldos não nulos.

    Por que é válido

    A linha coincide com a Eq. (4.46) após identificar \(\Theta\) com menos \(\Upsilon\), e com a Eq. (58) do artigo após identificar \(\Theta\) com barra \(\Theta\).

saídaaprovada
\[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]

A equação final para \(\psi\) com dois índices baixos contém propagação covariante, \(\beta\), curvatura escalar, massa e acoplamento de Weyl; não contém \(\phi \psi\).

Regra ou lema

  • Só termos tensorialmente idênticos podem se cancelar.
  • Movimentação de índices é feita antes da comparação de sinais.

Hipóteses

  • Convenções, valência e configuração de índices permaneceram fixas desde o primeiro passo.
Termos cancelados

\(-2i\phi^{AC}\psi_{AB}+2i\phi^{AC}\psi_{AB}\)Os termos têm a mesma contração e origens independentes, \(Δψ\) e \(∇β\), com sinais opostos.

Livro-caixaorigem → sinal → destino
cancela
Saldo eletromagnéticoSoma dos dois lançamentos eletromagnéticos.
\(0\times\phi\psi\)
permanece
Saldo gravitacionalCurvatura de Weyl atuando sobre os dois índices de \(ψ\).
\(-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}\)
Checkpoint: consigo justificar este passo?

O resultado central é ausência de acoplamento eletromagnético explícito na equação final, não ausência de curvatura eletromagnética na geometria intermediária.

passo06

A forma mista torna transparente por que não surge um termo \(φψ\).

Compare configurações de índices sem misturá-las

entrada 1aprovada
\[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]

A equação final para \(\psi\) com dois índices baixos contém propagação covariante, \(\beta\), curvatura escalar, massa e acoplamento de Weyl; não contém \(\phi \psi\).

entrada 2aprovada
\[\nabla^{A}{}_{B'}\psi^{B}{}_{A}+\frac12m^2A^{B}{}_{B'}=0\]

A equação de campo de Proca em forma espinorial compacta liga a divergência de \(\psi\) ao potencial com coeficiente um meio de \(m\) ao quadrado.

operação aplicadaEleve um índice com \(γ\) e acompanhe a mudança de configuração; ou derive diretamente a partir da forma mista da equação de campo.
Cálculo linha por linha8 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Derivar diretamente a equação com configuração mista dos índices, evitando uma movimentação circular e exibindo onde a contribuição eletromagnética deixa de surgir.

Antes de começar

  • Todas as formas \(\psi^{AB}\), \(\psi_A{}^B\) e \(\psi_{AB}\) têm valência espinorial (2,0): dois índices não primados e nenhum primado.
  • Aqui, 'configuração mista' descreve somente a posição de um índice inferior e outro superior.
  • Partimos da Eq. (4.48) e mantemos a divergência de A até a penúltima linha.
  1. Linha 1

    Comece pela equação mista de primeira ordem

    \[\nabla^{AB'}\psi_A{}^B+\frac12m^2A^{BB'}=0\]
    O que fizemos

    Selecionamos a forma de configuração mista já rearranjada nas fontes.

    Por que é válido

    Derivá-la diretamente evita supor de antemão como \(\beta\) e \(\Theta\) se reorganizam quando um índice muda de posição.

  2. Linha 2

    Aplique a segunda derivada ao conjunto

    \[\nabla_{B'}{}^C\!\left(\nabla^{AB'}\psi_A{}^B+\frac12m^2A^{BB'}\right)=0\]
    O que fizemos

    Derivamos covariantemente a Eq. (4.48) inteira.

    Por que é válido

    A derivada de zero é zero e \(m\) é constante.

  3. Linha 3

    Separe \(\Delta\) e \(\Box\)

    \[\nabla_{B'}{}^C\nabla^{AB'}\psi_A{}^B=\Delta^{AC}\psi_A{}^B-\frac12\gamma^{AC}\Box\psi_A{}^B\]
    O que fizemos

    Aplicamos a correlação de derivadas diretamente à configuração mista.

    Por que é válido

    Esta é a Eq. (4.49) da dissertação; nenhuma troca posterior de índice foi usada.

  4. Linha 4

    Decomponha o termo de massa

    \[m^2\nabla_{B'}{}^C A^{BB'}=m^2\!\left(\psi^{BC}-\frac12\gamma^{BC}\nabla_\mu A^\mu\right)\]
    O que fizemos

    Usamos a decomposição das Eqs. (4.50) e (4.51).

    Por que é válido

    O traço permanece explícito porque a transversalidade ainda não foi aplicada.

  5. Linha 5

    Mostre por que \(\phi\) não aparece em \(\Delta\)

    \[\Delta^{AC}\psi_A{}^B=X^{AC}{}_M{}^B\psi_A{}^M-X^{AC}{}_A{}^M\psi_M{}^B\]
    O que fizemos

    Escrevemos a ação do comutador separadamente em cada posição de índice.

    Por que é válido

    As parcelas eletromagnéticas associadas aos dois índices possuem pesos opostos e se anulam nessa ação de \(\Delta\).

  6. Linha 6

    Insira a ação puramente gravitacional

    \[\Delta^{AB}\psi_A{}^C=\frac{R}{6}\psi^{BC}+\Psi^{BCLM}\psi_{LM}\]
    O que fizemos

    Substituímos a decomposição de \(X\) e usamos a simetria de \(\psi\).

    Por que é válido

    A Eq. (4.54) avalia explicitamente o comutador; a ausência de \(\phi\) decorre da configuração mista, não de uma hipótese de fundo.

  7. Linha 7

    Mantenha a divergência no resultado intermediário

    \[\left(\Box+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_A{}^B+2\Psi_{AD}{}^{BC}\psi_C{}^D=-\frac12m^2\delta_A{}^B\nabla_\mu A^\mu\]
    O que fizemos

    Combinamos as Eqs. (4.49) a (4.54), com uma única normalização para todos os termos.

    Por que é válido

    Esta é a Eq. (4.55) antes de usar a transversalidade e torna visível a única hipótese pendente.

  8. Linha 8

    Imponha a transversalidade e conclua

    \[\left(\Box+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_A{}^B+2\Psi_{AD}{}^{BC}\psi_C{}^D=0\]
    O que fizemos

    Substituímos \(\nabla \mu\) A elevado \(\mu\) igual a zero na linha anterior.

    Por que é válido

    O lado direito desaparece no setor massivo e obtemos a forma de configuração mista registrada nas fontes.

saídaaprovada
\[\left(\Box+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_A{}^B+2\Psi_{AD}{}^{BC}\psi_C{}^D=0\]

Na configuração mista, a equação de onda apresenta o acoplamento gravitacional e não exibe contribuições eletromagnéticas explícitas; a valência continua sendo (2,0).

Regra ou lema

  • Movimentação de índices com \(γ\).
  • Equações de autovalor de \(γ\).
  • Conjugação para o setor primado.

Hipóteses

  • A fase e os pesos de calibre de cada configuração são respeitados.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

As configurações covariante, contravariante e mista têm a mesma valência (2,0) e são representações equivalentes; termos \(β/Θ\) podem ficar explícitos ou ser absorvidos pela movimentação de índices.

Fontes deste passo
passo07

Potenciais \(Φμ\) isolados cancelam; \(β\) e os escalares auxiliares recompõem a lei de transformação correta.

Faça a checagem de covariância

entrada 1aprovada
\[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]

A equação final para \(\psi\) com dois índices baixos contém propagação covariante, \(\beta\), curvatura escalar, massa e acoplamento de Weyl; não contém \(\phi \psi\).

entrada 2aprovada
\[\Phi_\mu\mapsto\Phi_\mu-\partial_\mu\theta,\qquad \beta_\mu=\nabla_\mu\Phi+2\Phi_\mu\]

A transformação do potencial geométrico é compensada pela fase do espinor métrico, e \(\beta\) organiza a covariância de calibre da equação.

operação aplicadaAplique a transformação de calibre do formalismo \(γ\) a cada termo e agrupe as contribuições de fase.
Cálculo linha por linha7 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Checar que a mudança de fase interna do formalismo reorganiza os potenciais em \(\beta\) e \(\Theta\) e deixa a equação de onda covariante.

Antes de começar

  • A transformação é interna ao formalismo \(\gamma\) e não é uma mudança de coordenadas.
  • \(\Phi\) é a fase do espinor métrico; \(\Phi_\mu\) é o potencial geométrico associado.
  • A combinação \(\beta_\mu=\nabla_\mu \Phi+2\Phi_\mu\) é usada na configuração covariante \(\psi_{AB}\).
  • Não inventaremos um peso genérico para \(\psi\): a checagem operacional consiste na invariância explícita de \(\beta\), na definição de \(\Theta\) e na fatoração exata do operador.
  1. Linha 1

    Transforme o potencial geométrico

    \[\Phi_\mu\mapsto\Phi'_\mu=\Phi_\mu-\partial_\mu\theta\]
    O que fizemos

    Aplicamos a transformação de calibre declarada no formalismo \(\gamma\).

    Por que é válido

    Essa é a lei usada pelas fontes para comparar representações de fase equivalentes.

  2. Linha 2

    Compense com a fase de \(\gamma\)

    \[\Phi\mapsto\Phi'=\Phi+2\theta\quad\Longrightarrow\quad\nabla_\mu\Phi'=\nabla_\mu\Phi+2\partial_\mu\theta\]
    O que fizemos

    Escrevemos a mudança de fase que acompanha a transformação do potencial.

    Por que é válido

    A compensação é precisamente a exigida pela definição de \(\beta\) e pelo peso de fase do espinor métrico.

  3. Linha 3

    Calcule \(\beta\) depois da transformação

    \[\beta'_\mu=\nabla_\mu(\Phi+2\theta)+2(\Phi_\mu-\partial_\mu\theta)=\nabla_\mu\Phi+2\Phi_\mu=\beta_\mu\]
    O que fizemos

    Substituímos as duas leis de transformação na definição de \(\beta\) e simplificamos.

    Por que é válido

    A igualdade é uma verificação algébrica direta da combinação compensada.

  4. Linha 4

    Defina \(\Theta\) para índices baixos

    \[\Theta\equiv-\beta^\mu\beta_\mu-i\nabla_\mu\beta^\mu\]
    O que fizemos

    Identificamos o \(\Theta\) do site com menos \(\Upsilon\) da dissertação e com barra \(\Theta\) do artigo.

    Por que é válido

    A definição remove qualquer circularidade: cada parcela do operador pode agora ser expandida e conferida.

  5. Linha 5

    Fatore e reabra o operador

    \[(\nabla^\mu-i\beta^\mu)(\nabla_\mu-i\beta_\mu)\psi_{AB}=\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu-\beta^\mu\beta_\mu-i\nabla_\mu\beta^\mu\right)\psi_{AB}\]
    O que fizemos

    Aplicamos Leibniz ao segundo fator e distribuímos o primeiro fator sobre \(\beta\) vezes \(\psi\).

    Por que é válido

    A conta reproduz exatamente \(\Box\) menos dois i \(\beta \nabla\) mais \(\Theta\), sem apelar a uma lei de peso não explicitada.

  6. Linha 6

    Confira os demais termos

    \[\left(\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}\]
    O que fizemos

    Verificamos as contrações e procuramos ocorrências isoladas de \(\Phi \mu\).

    Por que é válido

    Nenhum potencial \(\Phi \mu\) aparece fora de \(\beta\); a checagem não exige afirmar uma transformação de peso que as fontes não tenham fixado nesta página.

  7. Linha 7

    Registre a forma operacionalmente verificada

    \[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]
    O que fizemos

    Substituímos a definição explícita de \(\Theta\) no operador e reunimos os termos gravitacionais.

    Por que é válido

    \(\beta\) permanece invariante pela compensação calculada; a estrutura diferencial coincide com a Eq. (4.46) e a Eq. (58).

saídaaprovada
\[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]

A equação final para \(\psi\) com dois índices baixos contém propagação covariante, \(\beta\), curvatura escalar, massa e acoplamento de Weyl; não contém \(\phi \psi\).

Regra ou lema

  • Transformação de \(Φμ\) compensada pela fase de \(γAB\).
  • Covariância de \(∇\) sobre o peso de calibre e a configuração de \(ψ\).

Hipóteses

  • A mudança é de calibre interno do formalismo, não uma transformação de coordenadas.
Termos cancelados

\(Todos os acoplamentos isolados ao potencial geométrico Φμ\)As contribuições de fase e de transporte reorganizam-se em \(βμ\) e \(Θ\), deixando a equação covariante.

Checkpoint: consigo justificar este passo?

Uma expressão final sem \(φψ\) ainda pode — e deve — conter a estrutura covariante \(β/Θ\) exigida pelo formalismo \(γ\).

Resultado da trilha

A equação final para \(\psi\) com dois índices baixos contém propagação covariante, \(\beta\), curvatura escalar, massa e acoplamento de Weyl; não contém \(\phi \psi\).

\[\left(\Box-2i\beta^\mu\nabla_\mu+\Theta+\frac{R}{3}+m^2\right)\psi_{AB}-2\Psi_{AB}{}^{LM}\psi_{LM}=0\]