费曼路径积分:退化到经典,相差较多相位的相都抵消,全部向exp[iδ/h]"党"靠拢。(:)


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送交者: bosebose 于 2015-03-16, 19:02:50:

回答: 没一个死前能说出愤青之语的-从文革时整死的高级党干开始 由 meiyou 于 2015-03-16, 18:48:57:

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如果一个粒子从A点运动到B点,那么原则上,它可以选择无穷多种路径,当量子效应显著的时候,粒子的确是走过无穷多的路径。如果在A点的粒子状态是ψ(x0,t0),运动到B点时的离子状态是ψ(x,t),那么应当有这样一个函数K(x,t;x0,t0),粒子状态通过它传播到ψ(x,t),这过程只需要一个积分来完成,

既然粒子实际上走过无穷多的路径,那么为什么经典粒子只走过一条?啊哈,这完全是传播子的相位在捣鬼!我们现在选择一条路径的传播子exp[iδ/h],此处我们忽略了不重要的常系数,因为我们总是可以通过选取合适的单位来保证系数为1,在此不必过多考虑这些细节。好了,假设它就是经典粒子选择的那一条唯一的路径,那么此时退化到经典情况,h已经小得无足轻重,所以δ稍稍改变一些,相位都会产生很大变化,从而把相差较多的相位的相都抵消掉,而全部向exp[iδ/h]靠拢。


而它并不是很难理解:

ψ(x,t)=∫K(x,t;x0,t0)ψ(x0,t0)dx0…………(1)

K(x,t;x0,t0)也应当是一个波函数,一般的平面波是这个样子的:Cexp[i(px-et)/h](我们只考虑最简单的一维运动,此处的h是约化plank常数),如果仔细观察它指数的量纲,应该与能量×时间的相同。作用量S=∫Ldt不是正好有这样的量纲吗?我们受到这个东西的启发,把指数做替换:i(px-Et)/h→iS/h。当然,既然将路径积分引入到了传播函数中,那么对所有路径求和的步骤也应当在这里完成,我们把传播函数写成:

K=∑Cexp[is/h]…………(2)

而且我们还知道S=∫Ldt=∫(p^2/2m-U(x))dt……(3)

现在将(1)两侧式对时间t求偏导数,并且利用(2)和(3):

∂ψ(x,t)/∂t=∫i/h(p^2/2m-U(x))·K(x,t;x0,t0)ψ(x0,t0)dx0
=i/h(p^2/2m-U(x))·∫K(x,t;x0,t0)ψ(x0,t0)dx0
=i/h(p^2/2m-U(x))·ψ(x,t)…………(4)

我们早就知道,由于不确定性原理,在求动量平均值<p>时,是不能写成<p>=∫ψ(x,t)pψ*(x,t)dx的,因为在x确定的状态前乘以一个确定的动量p是没有意义的——动量和位置不能同时确定,所以就引入了一个动量算符p~=-ih&#8706;/&#8706;x来代替动量。也就是说,作用在ψ(x,t)前的动量算符必须是p~=-ih&#8706;/&#8706;x。所以应当把(4)式中的p换为p~=-ih&#8706;/&#8706;x,然后在式子两侧都乘以ih,我们就得到了schrodinger方程:

ih&#8706;ψ(x,t)/&#8706;t=-h^2/2mψ(x,t)+U(x)ψ(x,t)

好了,下面让我们再来谈谈,既然粒子实际上走过无穷多的路径,那么为什么经典粒子只走过一条?啊哈,这完全是传播子的相位在捣鬼!我们现在选择一条路径的传播子exp[iδ/h],此处我们忽略了不重要的常系数,因为我们总是可以通过选取合适的单位来保证系数为1,在此不必过多考虑这些细节。好了,假设它就是经典粒子选择的那一条唯一的路径,那么此时退化到经典情况,h已经小得无足轻重,所以δ稍稍改变一些,相位都会产生很大变化,从而把相差较多的相位的相都抵消掉,而全部向exp[iδ/h]靠拢。现在让我们取那些变化的相位来参与运算,比如,一些可以是δ+ε或δ-ε的变化,其中ε只是一个小量:

……+exp[i(δ-ε)/h]+exp[iδ/h]+exp[i(δ+ε)/h]+……
=……+(1+2cosε)exp[iδ/h]+……(用到三角函数的欧拉定理)
≈……+3exp[iδ/h]+……

你们看,这简直是戏剧性的效果,在h小到无足轻重的时候,一些相位会趋向于同一个值,而其它相差过多的则抵消掉了"




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