Theories with higher-order time derivatives and the Ostrogradsky ghost
牛顿第二定律、薛定谔方程和麦克斯韦方程都是至多由二阶导数组成的理论。实际上,我们并不经常需要对加速度求时间导数。那么,为什么我们没有看到更多的高阶导数理论呢?虽然一些研究提出了高阶导数在二次引力和标量场理论中的有用性,但人们最终会遇到一个问题。1850年,物理学家米哈伊尔·奥斯特罗格拉茨基提出了一个定理,指出由有限个高阶时间导数组成的非退化拉格朗日量会导致哈密顿量从下向上无界。解释,它表明,这种系统的哈密顿量包括线性的物理动量,通常被称为奥斯特罗格拉茨基鬼。本文研究如何通过考虑退化拉格朗日量来约束动量,从而避免Ostrogradsky鬼。这项研究首先显示存在的幽灵,后来涵盖了必要的哈密顿形式主义进行哈密顿约束分析的二阶时间导数系统,单变量和系统耦合到一个经常的。最终,退化的二阶拉格朗日函数成功地消除了Ostrogradsky鬼通过产生次级约束限制的物理动量。最后给出了一般高阶拉格朗日量的哈密顿分析的一个概要。
2022-11-24 hep-th math-ph math.MP
Escape from Ostrogradsky via Hidden Ghost Parity
University of Edinburgh(爱丁堡大学);Perimeter Institute for Theoretical Physics(理论物理前沿研究所)
本文提出一个反例,展示一个四阶导数、紫外完备的量子场论,通过Krein空间量子化和隐藏的鬼粒子奇偶性对称性,在保持因果性和幺正性的同时,得到正定的树级跃迁概率。
2026-07-02 gr-qc hep-ph hep-th
Ostrogradsky in Theories with Multiple Fields
我们回顾如何(缺乏)Ostrogradsky不稳定性表现在多个领域的理论。最近人们认识到,当存在多个场时,高阶导数的存在可能并不自动意味着重影的存在。我们讨论了与引力理论的联系,如大质量引力和超越Horndeski,它在某些公式中表现出更高的导数,但没有Ostrogradsky鬼。我们还研究了最近提出的一类有趣的新的扩展标量张量引力理论。我们表明,这些理论的一个子类,张量模式不是动态的或无限强耦合。在剩下的张量模定义良好的理论中,有一个新的模型不能通过共形和非形式变换对Horndeski进行场重定义,但需要真空来打破洛伦兹不变性。我们讨论了暗能量的有效场论的含义和理论的稳定性。
2016-05-16 hep-th
The Ostrogradsky prescription for BFV formalism
在BFV形式主义的框架内研究了具有规范参数高阶导数的一般形式的规范不变系统。得到了BRST荷的高阶项和BRST不变哈密顿量。结果表明,拉格朗日和哈密顿鬼变量的识别规则取决于从主约束表面的约束的延伸的选择。
1997-04-25 hep-th
Ostrogradsky's Theorem is Incompatible with Background Independence in Quantum Gravity
Institute of Particle and Nuclear Studies, KEK(高能加速器研究机构粒子核物理研究所);Department of Particle and Nuclear Physics, The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)(高级研究院粒子核物理系)
该研究指出奥斯特罗格拉德斯基定理不适用于引力系统,弱场近似因预设绝对时间会调用该定理,仅适用于普朗克尺度以下,而满足哈密顿约束的幽灵模式是时空构建的必要部分。
2026-08-31 gr-qc hep-ph hep-th
Healthy degenerate theories with higher derivatives
在经典力学的背景下,我们研究的条件下,高阶导数理论可以避免所谓的奥斯特罗格拉茨基不稳定性。更确切地说,我们考虑具有二阶时间导数的一般拉格朗日量,其形式为具有$a = 1,\cdots, n$和$i = 1,\cdots, m$的$L(\ddotϕ^a,\dotϕ^a,ϕ^a;\dot q^i,q^i)$。对于$n=1$,假设$q^i$形成一个非简并的子系统,我们证实了动力学矩阵的简并消除了Ostrogradsky不稳定性。简并性意味着,在理论的哈密顿公式中,存在一个主要的约束,它产生一个次要的约束,从而消除了奥斯特罗格拉茨基鬼。对于$n>1$,我们表明,除了动力学矩阵的简并,需要施加额外的条件,以确保存在足够数量的二次约束,可以消除所有的Ostrogradsky鬼。当这些条件,确保消失的Ostrogradsky不稳定性得到满足,我们表明,欧拉-拉格朗日方程,其中涉及先验高阶导数,可以减少到一个二阶系统。
2016-07-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Ghost-free theories with arbitrary higher-order time derivatives
我们构建了无鬼理论的分析力学涉及任意高阶导数的拉格朗日。对于拉格朗日量中至多包含二阶时间导数的理论,消除哈密顿量中正则动量的线性相关性是消除Ostrogradsky鬼的充分必要条件。在以前的工作中,我们证明了对于涉及三阶导数的特定二次模型,该条件是必要的但不是充分的,并且对应于更高时间导数的正则坐标的线性依赖也需要适当地去除。在本文中,我们推广了以前的分析,并建立了如何消除所有的幽灵自由度的一般理论,涉及任意高阶导数的拉格朗日。我们澄清了一组退化条件,以消除所有的幽灵自由度,在此条件下,我们还表明,欧拉-拉格朗日方程可约化为一个二阶系统。
2018-07-03 gr-qc hep-th
Exorcising ghosts in quantum gravity
我们注意到,Ostrogradsky鬼在高导数重力,有限数量的衍生物,是虚构的,因为它们是从一个不合理的截断在一个完整的理论包含无限多的曲率不变量。然后,通过重新定义理论的边界条件,在不包含鬼极的积分轮廓中,可以将表观鬼从二次重力谱中投影出来。这个过程并不改变理论的可重整性。因此,我们可以使用二次引力作为引力的量子场论,它既是可重整的又是幺正的。
2020-10-18 hep-th
Ghost free boson-fermion co-existence system
研究玻色子自由度和费米子自由度共存系统。对于拉格朗日导数小于等于一阶的系统,我们在哈密顿分析中发现了Ostrogradsky型无鬼条件,这与拉格朗日表述中费米子运动方程必须是一阶的条件是一致的。当费米子自由度存在时,由于格拉斯曼性质,时间演化的唯一性不能先验地得到保证。我们证实,附加条件,这是引入封闭的哈密顿分析,也确保了系统的时间演化的唯一性。
2017-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Ghost Free Theory in Unitary Gauge: A New Candidate
本研究通过3+1分解的代数分析,证明所研究的高阶导数理论在幺正规范下具有简并性从而无奥斯特罗格拉德斯基鬼,推导了修正FLRW方程与暴胀条件,并给出高阶项系数的相关约束,提供了新的无鬼引力理论候选。
2023-07-21 gr-qc hep-th
BRST formalism for systems with higher order derivatives of gauge parameters
对于广泛的一类力学系统,规范参数的高阶(任意)阶时间导数的规范变换下不变,拉格朗日和哈密顿BRST形式主义的等价性被证明。结果表明,Ostrogradsky形式主义建立的自然规则,涉及BFV鬼正则对的鬼和反鬼介绍拉格朗日方法。得到了相应规范固定项之间的显式关系。
1994-12-15 hep-th
Varying the Horndeski Lagrangian within the Palatini approach
我们分析会发生什么事时,Horndeski拉格朗日是不同的Palatini方法考虑度量和连接作为自变量。假设连接是无挠的,可以有无限多个度量仿射版本$L_{\rm P}$的原始拉格朗日,彼此不同的条款成比例的非度量张量。在整合了连接之后,每个$L_{\rm P}$定义了一个度量理论,它可以属于原始的Horndeski家族,也可以是更一般的DHOST类型,或者它显示了Ostrogradsky幽灵。我们详细分析了子类的理论方程是线性的连接,并发现其度量仿射版本是鬼影免费的。我们给出了这些理论中均匀宇宙学和各向同性宇宙学的详细分类。考虑到其他件的Horndeski拉格朗日这是非线性的连接导致更复杂的度量仿射理论一般显示的幽灵。在某些特殊情况下,可以通过仔细调整非度量贡献来消除重影,但不清楚这是否总是可能的。因此,Horndeski理论的度规仿射推广可以是无重影的,但不是所有的都是无重影的,它们也不是唯一的引力耦合标量场的度规仿射理论可以是无重影的。
2019-12-10 gr-qc hep-th
Instabilities in Mimetic Matter Perturbations
研究了具有一般高阶导数的拟物质情形下的宇宙学扰动。我们计算了二次作用量,并指出动力学项和梯度项都有错误的信号。我们进行了分析,在这两个共动和牛顿规范,并确认在这两个规范的哈密顿量和相关的不稳定性是相互一致的。不稳定性的存在是独立的具体形式的高阶导数函数,产生梯度的模拟场扰动。证明了在拟微扰中的鬼不稳定性与Ostrogradsky鬼等高阶导数不稳定性无关。
2017-08-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Symmetry breaking and RG flows with higher dimensional operators
我们讨论了在洛伦兹不变标量场理论的背景下,高维算子在自发破缺内部对称性和标度不变性中的作用。使用$\varepsilon$ -展开,我们确定相图,并证明(不)稳定的RG流计算与一定的基础上的6维操作的拉格朗日,映射到(不)稳定的RG流的另一个基础上的第一个字段的重新定义。如果Ostrogradsky鬼出现,关键是重新参数化鬼的存在。
2019-08-28 hep-ph hep-th
Higher Derivative Field Theories: Degeneracy Conditions and Classes
我们提供了一个全面的分析鬼自由高导数场论耦合自由度。假设没有规范对称性,我们推导出的简并条件,以逃避Ostrogradsky鬼,并分析哪些(非)平凡类的解决方案,这允许。它明确示出如何洛伦兹不变性避免传播的“半”自由度。此外,对于一个大类的理论,我们构建的领域重新定义和/或(扩展)接触变换,把理论在一个明显的一阶形式。最后,我们确定哪一类理论不能被带到一阶形式的这种转换。
2017-06-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Canonical quantization of the Pais-Uhlenbeck oscillator with a higher-derivative perturbation: a covariant phase space approach
itp.ac.cn(中国科学院理论物理研究所)
本文采用协变相空间方法,对带平方加速度微扰的Pais-Uhlenbeck振子进行正则量子化,得到与精确低能理论一致的结果,消除了Ostrogradsky鬼,扩展了微扰量子化方案至高阶导数理论。
2026-08-04 hep-th quant-ph
Generalisation of Conformal-Disformal Transformations of the Metric in Scalar-Tensor Theories
本文研究标量-张量理论中涉及高阶导数的度量变换,证明一类可逆变换的存在,并用于构造扩展模拟引力理论,探讨其宇宙学性质。
2024-05-21 gr-qc hep-th
Reducing the O(3) model as an effective field theory
我们考虑O(3)或CP(1)非线性西格玛模型作为一个微分展开的有效场论,其最一般的拉格朗日量服从O(3)、宇称和洛仑兹对称。我们计算出拉格朗日量中可能的算子(项)的完整列表,并使用分部积分消除尽可能多的算子。我们进一步表明,在四阶导数的水平,该理论可以避免奥斯特罗格拉茨基不稳定性,因为依赖的d'Alembertian算子或所谓的盒子,可以消除的字段重新定义。在导数展开的六阶导数中,我们证明了这不再能做到,除非我们愿意牺牲洛伦兹不变性。通过这样做,我们可以消除对双时间导数的所有依赖,从而消除Ostrogradsky不稳定性或鬼,然而,我们揭示了剩余的动力学不稳定性,其形式为螺旋不稳定性或失控不稳定性,并估计临界场范数,在那里不稳定性开始。
2022-03-08 hep-ph hep-th math-ph
Higher derivative scalar-tensor theory through a non-dynamical scalar field
我们提出了一类新的高阶导数标量张量理论没有Ostrogradsky的鬼不稳定性。我们的理论最初是由具有类空梯度的标量场激发的,这使我们能够确定一个规范,其中标量场似乎是非动力学的。我们把这种规范称为空间规范。虽然标量场失去了动力学性质,但空间规范固定打破了时间的自同构不变性,从而激发了引力扇区中的标量模。我们推广了这一思想,并通过一个非动态的标量场,它只保留空间协方差的标量张量理论的一般类。我们进行了哈密顿分析,并确认有最多三个(两个张量和一个标量)动力学自由度,这确保了由于更高的衍生物的自由度的情况下。我们的构造为高阶导数标量张量理论开辟了一个新的分支。
2019-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Reduction of order and Fadeev-Jackiw formalism in generalized electrodynamics
这项工作的目的是讨论在Fadeev Jackiw辛形式主义的背景下,在经典和量子水平的降阶形式主义的一些方面。我们首先回顾辛分析在一个经常的理论(高导数无质量标量理论),既使用Ostrogradsky处方,也通过减少拉格朗日的顺序与辅助字段,显示这两种方法的等价性。自由度的解释进行了详细讨论。最后,我们进行了类似的分析,在一个奇异的高阶导数规范理论(波多尔斯基电动力学),在降阶形式主义:我们声称,这种方法的优势,明确分离的辛结构的模型到麦克斯韦和Proca(鬼)部门,从而补充了理解的自由度的理论和简化涉及矩阵的计算。
2018-10-01 hep-th
Higher derivative SVT theories from Kaluza-Klein reductions of Horndeski theory
本文从5D Horndeski理论经Kaluza-Klein约化导出4D高阶导数SVT理论,给出含一般标量势的完整作用量,实现无鬼且规范不变的矢量-引力耦合,以探索暗能量与光子的普适耦合。
2025-01-22 gr-qc hep-th
Effective field theory of degenerate higher-order inflation
我们扩展的有效场论的通货膨胀,一般拉格朗日构造的Arnowitt-Deser-Misner变量,包括最一般的相互作用,高达二阶导数的标量场的背景打破时间的非同态不变性。简并条件,对应于8个不同的类型-其中只有一个对应于已知的简并高阶标量张量模型-提供了必要的条件,消除Ostrogradsky鬼在协变理论的二次作用在酉规范的水平。本文用显式暴胀例子的相空间描述说明了简并高阶系统对柯西问题的新意义:即使对于正势,也不是所有的场组态都能导致度规的物理解;一个分支上的解可以明显地终止于度量的非奇异点,并且它们在交替分支上的延续导致非奇异弹跳解;即使拉格朗日量中的简并项是无穷小的,幺正规范扰动也会变得不稳定。吸引子的解决方案导致的通货膨胀的情况下,慢卷参数变化和运行的倾斜可以是大的,即使没有明确的功能,在潜在的远离通货膨胀的结束,需要优化的慢卷方法来预测可观的。
2020-04-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th