拉格朗日力學

循環座標

有時候拉格朗日量根本不在乎某個座標:L 裡只出現它的速度,卻從不出現座標本身。這樣的座標稱為循環座標(或可略座標),它會白白送你一條守恆律。

座標 q_j 為循環座標,是指 partial L / partial q_j = 0,也就是 q_j 本身不出現在拉格朗日量中,即使它的速度 q_dot_j 可能出現。此時尤拉-拉格朗日方程塌縮為 d/dt (partial L / partial q_dot_j) = 0,於是共軛動量 p_j = partial L / partial q_dot_j 守恆。

循環座標是諾特定理在日常實務中的具體面貌:一個可略座標恰恰對應拉格朗日量的一個連續對稱性。若 L 不依賴 x,線動量守恆(平移對稱);若它不依賴方位角 phi,角動量 p_phi 守恆(轉動對稱)。每一個循環座標還讓你能從問題中消去一個自由度(勞斯化約,Routhian reduction)。

在中心力運動中,拉格朗日量不依賴角度 phi,故 phi 是循環座標,角動量 p_phi 守恆。

座標從 L 中缺席,就意味著它的動量是常數。

一個座標是否為循環座標,取決於你的座標選取;聰明的選取能把隱藏的守恆量顯露出來。

又稱
ignorable coordinate可略座標循環坐標