マックスウェル方程式の場合のように、Tensor notationで様々なLorentz変換を見つけることができる。
けれどこのnotation以外にもLorentz transformationは山ほどあるという。
そのすべてのLorentz transformationを一括して眺めたい。としたらすべてのLorentz変換たちが共有している性質を見つけるのが必要である。
任意のn-component multipletのLorentz transformationを考えてみよう。議論の簡単さのために線形変換に限って考える。としても、どんな複雑な変形の仕方だって、そのinfinitesimal transformationは必ず線形だから、大げさに言うまでもない。Lorentz transformationとともにfield argumentも変換するが、こいつは無視して眺めると、

のような変換をするだろう。ここで
は
matrixである。ここに更なる
を作用させても、それもLorentz transformationであろう。つまり
もLorentz変換である。ここで数学の群が浮かぶ。つまり、こういうLorentz transformationたちは群をなしているのである。としたら、群論の言葉で、
は表現行列である。
さて、Lorentz群の有限次元行列をどうやって表せるか。
Lorentz transformationは「4次元時空での回転」である。なので、量子力学でも容易に記述できる3次元回転群から考えてみよう。
これはスピン量子数
ごとに、そのdimensionalityを
とし、その表現行列を
として持つやつである。たとえばスピン1の表現は
行列である。
どんな連続群も、ほとんど恒等変換に近いくらいのinfinitesimalな変換は、あるベクトル空間を作る。それはその群のLie algebraという。そのベクトル空間の基底ベクトルはLie algebraの生成子という。
3次元回転群の場合、その演算子は角運動量演算子であり、有名なcommutation relationを満たす。有限な回転演算はgeneratorを指数関数の肩の上に置いたような形になる。演算子の掛け算の規則はgeneratorたちの交換関係によって定まる。
ここでのように、その群のgeneratorを求めて、そいつを指数関数の肩の上に置けば、continuous groupの行列表現を表すことができる。
今はローレンツ群の生成子の交換関係を求めなければいけない。スピン角運動量だけではなく、軌道角運動量も交換関係は満たす。

これを4次元に拡張するとしたら、考えるまででもなくこれだろう。

計算してみれば、わかるが、こいつなら次のような交換関係を満たす。
![\left[J^{\mu\nu},\ J^{\rho\sigma}\right] =-i\left(g^{\mu\rho}J^{\nu\sigma}-g^{\mu\sigma}J^{\nu\rho}-g^{\nu\rho}J^{\mu\sigma}+g^{\nu\sigma}J^{\mu\rho}\right) \left[J^{\mu\nu},\ J^{\rho\sigma}\right] =-i\left(g^{\mu\rho}J^{\nu\sigma}-g^{\mu\sigma}J^{\nu\rho}-g^{\nu\rho}J^{\mu\sigma}+g^{\nu\sigma}J^{\mu\rho}\right)](http://s0.wp.com/latex.php?latex=%5Cleft%5BJ%5E%7B%5Cmu%5Cnu%7D%2C%5C+J%5E%7B%5Crho%5Csigma%7D%5Cright%5D+%3D-i%5Cleft%28g%5E%7B%5Cmu%5Crho%7DJ%5E%7B%5Cnu%5Csigma%7D-g%5E%7B%5Cmu%5Csigma%7DJ%5E%7B%5Cnu%5Crho%7D-g%5E%7B%5Cnu%5Crho%7DJ%5E%7B%5Cmu%5Csigma%7D%2Bg%5E%7B%5Cnu%5Csigma%7DJ%5E%7B%5Cmu%5Crho%7D%5Cright%29&bg=fafad3&fg=6f5e4e&s=0)
これがLorentz groupのcommutation relationである。
一方、次のような表現も、Lorentz groupのgeneratorになりえるのがわかる。

それから、以前ポストしたようにSpinor表現もある。