Soru:
İkinci nicemlemenin fiziksel yorumu nedir?
yjc
2015-06-01 10:16:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Giriş metninde (QFT, Schwartz) ikinci nicemlemenin motive edilmesinin bir yolu şudur:

  1. Lorentz-değişmez alan denkleminin genel çözümü, düzlem dalgaları üzerinden bir integraldir (Fourier
  2. Düzlem dalgasının her terimi, harmonik osilatör denklemini karşılar.
  3. Bu nedenle, her Fourier bileşeni, sıradan QM'de harmonik bir osilatör olarak yorumlanır
  4. Her bir Fourier bileşeninin $ n $ 'inci enerji seviyesi artık $ n $ parçacık olarak yorumlanıyor.

1-3'teki her şey mantıklı görünüyorsıradan QM'nin bir alana uygulanması.Ama 4 nasıl ortaya çıktı?Gerekçe nedir?

Lütfen [bu diğer Fizik SE cevabını] okuyun (http://physics.stackexchange.com/q/122570/).Bilmek istediklerinizin çoğunu açıklayacağını düşünüyorum.
üç yanıtlar:
DanielSank
2015-06-01 11:38:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

$ \ renewcommand {ket} [1] {| # 1 \ rangle} $ Listenizdeki 4. Öğe, en iyi, "parçacık" kelimesinin tanımı olarak düşünülür.

Klasik titreşimli bir dizi düşünün. $ \ {A, B, C, \ ldots \} $ ile gösterilen bir dizi normal kipi olduğunu varsayalım. Dizenin durumunu belirtmek için, onu bir Fourier serisi olarak yazarsınız

$$ f (x) = \ sum _ {\ text {mode} n = \ in \ {A, B, C, \ ldots \}} c_n [\ text {shape of mode} n] ( x) \,. $$

Tipik durumda, $ [\ text {modun şekli} n] (x) $, $ \ sin (n \ pi x / L) $ gibi bir şeydir burada $ L $, dizenin uzunluğudur. Her neyse, önemli olan, dizeyi olası modlarını sıralayarak ve her modun $ c_n $ değerlerini vererek her modun heyecanlanma miktarını belirterek tanımlamanızdır.

$ A $ modunun bir birim enerjisi olduğunu, $ C $ modunun iki birim enerjisi olduğunu ve diğer tüm modların sıfır birim enerjiye sahip olduğunu varsayalım. Bu durumu tanımlamanın iki yolu vardır.

Numaralandırma modlar (iyi)

İlk seçenek Fourier serisine benzer: modu numaralandırırsınız s ve her birinin uyarma seviyesini verin: $$ | 1 \ rangle_A, | 2 \ rangle_C \,. $$ Bu ikinci nicemleme gibidir; Sistemi, her modda kaç tane uyarma birimi olduğunu söyleyerek tanımlıyoruz. Kuantum mekaniğinde, "uyarma birimi" ifadesi yerine "parçacık" kelimesini kullanıyoruz. Bunun nedeni, tarihsel olarak ilk önce "uyarma birimlerini" anlamamızdır. Bir bulut odası veya Geiger sayacı ile tespit edebileceğimiz şeyler olarak. Dürüst olmak gerekirse, şu anda olayları nasıl anladığımıza göre "parçacık" ın oldukça kötü bir kelime olduğunu düşünüyorum.

Uyarım birimlerini etiketleyin (kötü)

İkinci yol, her bir uyarma birimine bir etiket vermek ve ardından her uyarmanın hangi modda olduğunu söylemektir. $ x $, $ y $ ve $ z $ uyarımlarını diyelim. Sonra bu gösterimde sistemin durumu $$ \ ket {A} _x, \ ket {C} _y, \ ket {C} _z \, $$ olacaktır. Bu ilk nicemleme gibidir. Şimdi "parçacıkları" etiketledik ve sistemi, her parçacığın hangi durumda olduğunu söyleyerek açıkladı. Yine de bu berbat bir gösterimdir, çünkü yazdığımız durum şuna eşdeğer $$ \ ket {A} _y, \ ket {C} _x, \ ket {C} _z \, $. $ Aslında, $ x, y, z $ herhangi bir permütasyonu, dizgenin aynı durumunu verir. İlk nicemlemenin korkunç olmasının nedeni budur: parçacıklar uyarma birimleridir, bu yüzden onlara etiket vermek tamamen anlamsızdır .

Geleneksel olarak, notasyonun bu korkunçluğu, ilk nicemlenmiş dalga fonksiyonlarının simetrik hale getirilmesi veya anti-simetrik hale getirilmesiyle sabitlenmiştir. Bu, enjekte ettiğimiz bilgileri parçacıkları etiketleyerek kaldırma etkisine sahiptir, ancak onları hiç etiketlememek ve ikinci nicemlemeyi kullanmak daha iyidir.

2 $ ^ {\ text {nd}} $ nicemleme

İkinci nicemleme gösterimine geri dönersek, bizim string $$ \ ket {1} _A, \ ket {2} _C $$ olarak yazılmıştır, yani $ A $ 'da bir uyarma (parçacık) ve $ C $'da iki uyarma (parçacık). Bunu yazmanın başka bir yolu da yazmak olabilir. tek bir ket ve sadece her mod için tüm uyarı numaralarını listeleyin: $$ \ ke t {\ underbrace {1} _A \ underbrace {0} _B \ underbrace {2} _C \ ldots} $$, bu da ikinci nicemlemenin gerçekte nasıl yazıldığını gösterir (underbraces olmadan). O zaman $$ \ ket {000 \ ldots \ underbrace {N} _ {\ text {mode} n} \ ldots000} = \ frac {(a_n ^ \ dagger) ^ N} {\ sqrt {N!}} \ ket {0} $$ ve sadece yazın vakum durumunda hareket eden yaratma operatörlerinin dizeleri olarak tüm durumlar.

Her neyse, ikinci nicemlemenin yorumu sadece size her modda kaç tane uyarma birimi ("kuanta" veya "parçacık") olduğunu söylemesidir. tam olarak klasik fizikte yaptığınız gibi.

Bu gönderiye bakın.

# 4 ile ilgili yorumlar OP

Kuantuma girişte, örneğin 1 boyutlu bir kutuda tek parçacığa sahip sistemler hakkında bilgi ediniyoruz. Bu parçacık, $ \ ket {0}, \ ket {olarak adlandırılan çeşitli farklı enerji düzeylerinde uyarılabilir. 1}, \ ldots $. Bu sistem, sistemin hangi durumda olduğuna bakılmaksızın "tek bir parçacığa" sahip olarak adlandırılır. Bu, çeşitli uyarma seviyelerinin sıfır, bir, iki parçacık olarak adlandırıldığını söylediğimiz bu yanıtta yukarıda yapılan ifadelere aykırı gibi görünebilir. Ancak, şu anda tartıştığımız gibi aslında tamamen tutarlıdır.

Her durumda bulunan tek parçacık için eşdeğer birinci ve ikinci nicelleştirilmiş gösterimleri yazalım: $$ \ begin {dizi} {lllll} \ text {ikinci kuantizasyon:} & \ ket {1,0,0, \ ldots}, & \ ket {0,1,0, \ ldots}, & \ ket {0,0,1, \ ldots} & \ ldots \\\ text {ilk kuantizasyon:} & \ ket {0}, & \ ket {1}, & \ ket {2}, & \ ldots \ end {dizi} $$ İlk nicemlenmiş gösterimde hiç açık olmasa da, ikinci nicemlenmiş gösterim, çeşitli ilk nicemlenmiş durumların parçacığı içerdiğini açıkça ortaya koymaktadır. sistemin farklı modlarını işgal etmek. Çeşitli durumlarla ilişkili dalga fonksiyonlarını düşünürsek, bu oldukça açıktır, örneğin $ L $ \ begin {align} \ langle x | uzunluğundaki bir kutu için ilk nicelleştirilmiş gösterimi kullanarak | 0 \ rangle & \ propto \ sin (\ pi x / L) \\\ langle x | 1 \ rangle & \ propto \ sin (2 \ pi x / L) \,. \ End {hizala} Bunlar tıpkı titreşimli dizginin çeşitli modları gibidir. Her neyse, ilk nicelenmiş durumları $ \ ket {0} $ , $ \ ket {1} $ vb. "tek parçacık durumları", bir parçacığın bir modun uyarılma birimi olduğu fikriyle tutarlıdır çünkü bu durumların her biri bir toplam uyarıma sahiptir. Bu, ikinci nicelleştirilmiş gösterimde gerçekten açıktır.

Neden 4 numaralı gerekçeye ihtiyacı olduğunu düşündüğümü açıklamalıydım.Sıradan QM'de, tek parçacıklı harmonik osilatör diyelim, her olası enerji seviyesi o tek parçacık ile ilişkilidir.Parçacığı $ n $ -th enerji seviyesinde heyecanlandırmanın onu $ n $ parçacıklarına dönüştürdüğünü söylemiyoruz.Bu yorumun QFT'de ortaya çıkmasının nedeni nedir?
@yjc: Verdiğim yanıtla birlikte yorumunuz, neden QFT'de temel parçacıkların kuantum alanının temel uyarımları olduğunu söylediğini açıklıyor.Aslında bu, genel olarak düşünülen yarı klasik resimden çok daha iyi bir parçacık kavramıdır.
@yjc Değeri ne olursa olsun, aslında bir harmonik osilatörün * n * inci enerji seviyesini (yani bir harmonik tuzakta büyük bir parçacık), * n * quanta titreşim enerjisi, aka * n * "fononları içeren bir durumda belirleriz *".
Arnold Neumaier
2015-06-01 14:12:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Büyük kanonik topluluğun istatistiksel mekaniğinde, farklı parçacık sayılarına sahip durumların üst üste binmelerine ve karışımlarına izin verilmesi gerekir.Böylelikle, doğal olarak, keyfi $ N $ olan $ N $ -parçacık uzaylarının tensör çarpımı dikkate alınmaya yönlendirilir.Ortaya çıkan herhangi bir sayıda parçacık kuantum mekaniğinin, sayı operatörünün $ N $ özdeğerine $ üzerinde sahip olacak şekilde tanımlandığı göreli olmayan bir alan teorisi olarak yeniden yorumlanabileceği ortaya çıktı (ve dengesiz istatistiksel mekanikler için çok önemlidir)N $ -parçacık alanı.(Eğer biri tek bir Fourier modunu düşünürse, bu sizin 4ünüzü açıklar.)

Ortaya çıkan alan biçimciliğine ikinci nicemleme (birinci nicemlenmiş 1-parçacık uzayının) denir.Bunu, örneğin Reichl'in istatistiksel fizik kitabının ekinde okuyabilirsiniz.

1-parçacıklı Schroedinger denklemini Klein-Gordon veya Dirac denklemiyle değiştirirseniz, göreceli versiyon (normal sıralamadan sonra) elde edilir..

Ben bunu anlamıyorumİkinci niceleme, birden fazla parçacığa sahip olduğunuzda kullanışlıdır.Yararlı olması için bir topluluğa ihtiyacınız yok.
Benim ifadem sadece parçacık sayısı belirsiz olduğunda bunun gerekli olduğuydu.Sıradan QM'de, belirsiz partikül sayısının bildiğim tek ilgili durumu multikonik topluluktur ve kavramı motive etmek için ilgili tek bir durum yeterlidir (bu, OP'nin sorusuydu).Ancak, diğer durumlarda da yararlı olabileceğini kabul ediyorum, ancak $ N $ 'ın sabitlenmesi durumunda aşırıya kaçar.
Sabit $ N $ ile bile ikinci nicemlemenin kesinlikle önemli olduğunu düşünüyorum.Cevabımı gör.
@DanielSank: 3-atomlu bir molekülün yaratılması ve yok edilmesi operatörleri açısından analizi için genel bir $ 3 $ -parçacık antisimetrik dalga fonksiyonu $ \ psi (x_1, x_2, x_3) $ yazmak zaten garip.İnsanlar, sabit parçacık sayısı için yaratma ve yok etme operatörlerini kullanırlar, örneğin, birleşik küme kuantum kimyası hesaplamalarında, ancak burada anlam oldukça farklıdır, toplam parçacık sayısı sabit olmasına rağmen birkaç kuasipartikülün uyarımlarını açıklar.
Per Arve
2016-10-18 17:18:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bu terim pratiktir, ancak gerçekte yalnızca bir niceleme vardır. Daha sonra Klein-Gordon denklemini klasik olarak gördüğüm için bu biraz esnetmek içindi.Bu, Maxwell denklemlerinin klasik olduğunu düşünmemden kaynaklanıyor.Her iki denklem de aynı seviyededir ve bu yüzden Klein-Gordon'un klasik olduğunu düşünüyorum.Maxwell veya Klein-Gordon alanlarının klasik normal mod titreşimleri duran dalgalardır.Bireysel titreşimler, tek boyutlu harmonik osilatörler olarak nicelendirilir.

İkinci fermiyon kuantizasyonu, antisimetri durumunu yönetmenin yalnızca bir yoludur.Burada ilk nicemleme (Heisenberg, Schrödinger ve Dirac tarafından verildiği gibi) gerçek nicemlemedir.



Bu Soru-Cevap, otomatik olarak İngilizce dilinden çevrilmiştir.Orijinal içerik, dağıtıldığı cc by-sa 3.0 lisansı için teşekkür ettiğimiz stackexchange'ta mevcuttur.
Loading...