home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / physics / 19044 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-17  |  7.3 KB

  1. Path: sparky!uunet!usc!elroy.jpl.nasa.gov!ames!network.ucsd.edu!galaxy!guitar!baez
  2. From: baez@guitar.ucr.edu (john baez)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Loop variables questions
  5. Message-ID: <23996@galaxy.ucr.edu>
  6. Date: 17 Nov 92 06:58:33 GMT
  7. Sender: news@galaxy.ucr.edu
  8. Organization: University of California, Riverside
  9. Lines: 145
  10. Nntp-Posting-Host: guitar.ucr.edu
  11.  
  12. My friend Allen Knutson emailed the following to me, because in the
  13. math department at Princeton (that place beloved to me) the news poster
  14. is DEAD.   My comments are interwoven, marked with an initial JB:
  15.  
  16. Return-Path: <aknaton@math.Princeton.EDU>
  17. Subject: Quantum GR questions
  18. To: baez@ucrmath.ucr.edu
  19. Date: Mon, 16 Nov 92 20:57:54 EST
  20. Cc: aknaton@math.Princeton.EDU (Allen Knutson)
  21.  
  22. AK: I must have some deep misunderstanding about the A,R & S quantum gravity
  23. stuff. I would ask you this on the net, but the nnposter is still broken,
  24. dammit. Certainly feel free to answer on the net, if you don't want to
  25. repeat yourself to other people asking about loopy QGR.
  26.  
  27. First question is about the loop representation of connections. If I
  28. remember right, you said that to a connection and a representation of
  29. the structure group one can associate a number, the trace of the 
  30. holonomy around the loop, and with luck one can reconstruct the connection
  31. uniquely up to gauge equivalence from knowing all these numbers. When
  32. is this the case? Obviously the representation must be faithful.
  33.  
  34. JB:  Yes, clearly the representation must be faithful or it won't work.
  35.  
  36. Here's how the loop transform goes again folks.  This will be fairly heavy
  37. going for those not versed in differential geometry, but it's never too late
  38. to learn!
  39.  
  40. First of all, recall the notion of holonomy.  Suppose we are 
  41. given a vector bundle E over the manifold M with a connection A.  Let
  42. E_x denote the vector space sitting over some point x in M -- E_x is
  43. called the "fiber" of the vector bundle E over the point x.  
  44. Using the connection to parallel translate a vector in E_x around
  45. a loop in M, each loop based at the point x in M gives rise to a holonomy, 
  46. that is, a linear transformation of the vector space E_x.    If we take the
  47. trace of this linear transformation we get a number.  This number doesn't
  48. change if we do a gauge transformation on A.
  49.  
  50. Now the transform of a given connection A is the function on the space of loops
  51. given by the trace of the holonomy.  So we may think of the loop transform
  52. as a function from the space of connections modulo gauge transformations to
  53. the space of functions on loops.
  54.  
  55. If for all loops this holonomy lies in a certain subgroup
  56. G of End(E_x) (the space of linear transformations of E_x) we may say that
  57. A is a G-connection.  Given any old Lie group G, we can define the
  58. space of G-connections on E modulo gauge transformations (where we restrict
  59. ourselves to G-valued gauge transformations).  The loop transform can be
  60. regarded as a map from this space to the space of functions on the space 
  61. of loops!  (Whew.)  
  62.  
  63. When is this one-to-one, AK askes.  I know it is for the defining rep of
  64. SU(2) but not for SL(2,C).  Right now I am confused about the general criterion
  65. for when it is.    I may be screwed up here, but part of what we need
  66. is for the functions
  67.  
  68. tr(g^n)
  69.  
  70. to generate an algebra on G/[G,G] that separates points.  It is easy to see
  71. that they do NOT for SL(2,C).  Take the matrices
  72.  
  73. 1 1+a
  74. 0 1
  75.  
  76. These are conjugate for all a > 0 but not for a = 0.  (This is a good exercise -
  77. they are conjugate by an element of SL(2,C), I mean.)   Thus no
  78. continuous Ad-invariant function on SL(2,C) can separate the points
  79.  
  80. 1 2
  81. 0 1
  82.  
  83. and 
  84.  
  85. 1 0 
  86. 0 1
  87.  
  88. even though they are not conjugate in SL(2,C).  This is irritating but
  89. it also implies that *no* continuous gauge-invariant function on the space
  90. of connections (in any reasonable topology) can separate gauge equivalence
  91. classes of connections for this gauge group. 
  92.  
  93. Hmm, I should reread R. Giles' Reconstruction of gauge potentials from 
  94. Wilson loops, Phys Rev D24 (1981) 2160-2168.
  95.  
  96. AK: Second, if we have the numbers for knots, why do people want to know/have 
  97. the right to ask for numbers on links? And why is the right answer to demand
  98. the product of the other numbers?
  99.  
  100. JB: If one had a measure on the space of connections mod gauge transformations,
  101. one could assign a number to any knot, by forming the trace of the holonomy
  102. and then integrating over the space of connections mod gauge transformations.
  103. One could also assign a number to any link, by forming the products of the
  104. traces of the holonomies of each of the components of the link (which are 
  105. knots).  People do both.
  106.  
  107. AK: Third, it is claimed (if I am reading right) that one of the QG constraints
  108. amounts to saying "The loop functionals must give the same answer on two
  109. isotopic loops". Say we cross a loop through itself, and look at how the
  110. holonomy changes, i.e. smoothly I would have thought.
  111.  
  112. JB:  In this context (quantum gravity) the space of states can be viewed
  113. as a certain space of "measures" on the space of connections modulo 
  114. gauge transformations.  Measures on this space must satisfy two constraints to 
  115. define states of quantum gravity in the canonical quantization approach:
  116. diffeomorphism-invariance, and the Hamiltonian constraint.  
  117.  
  118. Now the loop transform can be extended to define a map from the space of
  119. measures on the space of connections mod gauge transformations to the
  120. space of functions on loops!  (First take the trace,
  121. then integrate over the space of connections with respect to your measure.)
  122. In quantum gravity one would like to say that the loop transform of
  123. a diffeomorphism-invariant measure on the space of connections mod gauge
  124. transformations is a link invariant, that is, only depends on the 
  125. ambient isotopy class of the link.  This is true!  But the "measures"
  126. that people are interested in, like the Chern-Simons path integral, are
  127. not really measures in the honest sense.  One must generalize the notion
  128. of a measure, much as one does in the case of linear field theories by
  129. introducing the notion of a "distribution" -- in the sense of the book 
  130. with Segal and Zhou.   I'm working on this now.
  131.  
  132. AK: Fourth, say we have a state s, i.e. a loop functional, and an area operator.
  133. When we apply the area operator A to the state, we get another loop functional,
  134. such that when we then evaluate As on a loop we count the number of 
  135. intersections. Doesn't that mean that As isn't constant on loop classes,
  136. and thus isn't a state? Oh dear, perhaps I shouldn't be asking this question,
  137. since it's probably founded on so many misconceptions.
  138.  
  139. JB:  The area operators are not defined in the physical state space
  140. of quantum gravity, in which the diffeomorphism-invariance constraint
  141. has been taken into account!  They are defined in the space of all
  142. "measures on the space of connections mod gauge transformations".
  143.  
  144. AK: Fifth, I notice that I see Ed Witten's name in the ends of many of these
  145. papers; is it not true then that everybody at Princeton hates this approach
  146. to GR? That'd certainly be encouraging.                         Allen K.
  147.  
  148. JB: No, it just shows that everyone drops Ed Witten's name.  You're at
  149. Princeton - *you* see if everyone there hates loop variables!   
  150.  
  151. ---
  152. On an unrelated note, email from Alison Chaiken convinces me that my
  153. inability to understand what she had written has nothing to do with
  154. experimentalist/theorist stuff, but only my ignorance of solid state
  155. physics.  Chastened, I will shortly run over to the library and hit the 
  156. books... 
  157.