2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение27.04.2020, 00:37 


10/09/14
292
Всех приветствую. Я сталкивался с различными способами квантования ЭМП, например:
1. Квантование в калибровке Кулона. Вектор потенциал раскладывается по Фурье, выражаем энергию поля через коэффициенты Фурье, далее делаем преобразование коэффициентов, чтобы энергия распалась на сумму независимых "осцилляторов" и далее квантуем. Вектора поляризаций в разложение поля будут обычные трёхмерные (быть может комплексные).
Таким образом проквантованное поля можно применить для расчета переходов в атоме и других задачах квантовой оптики.
2. Квантование поля в КЭД. Насколько я знаю там тоже несколько методов - Гамильтона, Гупты - Блейлера, или через функциональный интеграл. Лучше всего я знаком с методом Гупты-Блейлера и там вроде бы вводиться не физическое гильбертово пространство с отрицательной нормой. Поле получается уже с 4-х мерными (Лоренцевыми) векторами поляризаций, причем там появляются не физические "продольные" фотоны. И все это делается ради получение пропагатора.

Вопрос в следующем, можно ли утверждать , что подход из пункта 1 не является строгим, а подход(ы) из пункта 2 правильные? Хотя мне нравится первый подход, т.к. нет никакого нефизического гильбертова пространства и другой "черной магии" в виде функциональных интегралов(таковыми они кажутся мне, возможно из за моей недообразованности). Но в первом подходе пропагатор не получить и не построить КЭД.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение27.04.2020, 09:25 


07/07/12
402
Нет правильных или неправильных способов квантования. Все они в итоге приводят к одним и тем же результатам различными путями, более или менее сложными. Вообще, существует большое количество способов, а именно:
1) Квантование ("каноническое") в физической калибровке (например, в кулоновской);
2) Квантование в калибровке Лоренца (ковариантное), с введением условия Гупты-Брейлера;
3) Квантование в других калибровках (например, в калибровке светового конуса, аксиальной, и т.д.);
4) Квантование посредством интеграла по траекториям (в более обширном смысле в формулировке Фаддеева-Попова);
5) БРСТ квантование;
6) Формализм Баталина-Вильковиского.
Теперь вкратце что происходит в каждой из этих формулировках, более подробно останавливаясь на тех двух, о которых вы знаете. В первом способе квантования с самого начала распространяются только физические моды поля (две для безмассового, три для массивного векторного поля), в ущерб лоренц-ковариантности. При этом пропагатор наивно получается нековариантным, но (об этом можно почитать, по-моему, у Шварца или вам самому вывести как упражнение) его на самом деле можно домассажировать до ковариантного и получить Лоренц-ковариантные правила Фейнмана. Но это неудобно, проще с самого начала работать в калибровке Лоренца, но тогда в ней будут распространятся все четыре моды, и условие Гупты-Брейлера призвано убить нефизические моды на уровне операторов. При этом, как вы знаете, возникает неприятность: времениподобные моды получают коммутационные соотношения с обратным знаком, т.е. эти моды имеют отрицательную норму. НО, спасает то, что эти моды убиваются продольными модами, и это можно показать последовательно и для петлей тоже. Т.е. оба подхода дают в итоге одно и то же.

Теперь, если вы хотите понять как последовательно проквантовать неабелевы калибровочные теории, то вам придется выучить "черную магию" (интегралы по траекториям) и формализм Фаддеева-Попова. Без них никак (многие пытались в шестидесятых но как-то не пошло). Schwartz и Srednicki в помощь. Эта процедура квантования, как можно показать, эквивалента канонической процедуре (вот этот момент многие обходят стороной, но он простой: во-первых, нужно заметить что Ф-П формализм работает в любой калибровке; во-вторых, можно взять очень простую аксиальную калибровку $A_3(x)=0$ и показать, что Ф-П эквивалентен каноническому квантованию в этой простой калибровке; тогда автоматически это верно в любой калибровке). В случае КЭД процедура Ф-П, есть что называется, overkill, потому что духи отщепляются от континуального интеграла и выпадают из рассмотрения, но как упражнение КЭД можно тоже проквантовать и по Ф-П. После этого можно дорасти до БРСТ симметрии в калибровочных теориях и понять как она не только позволяет формально доказать ренормализуемость, но и на ее основе можно построить современный метод квантования, который очень плодотворен в теории струн. Этот метод отталкивается от формализма квантования систем со связями Дирака (о котором можно почитать в его книге по квантовой механике) и общается на формализм Баталина-Вильковиского. Опять же, КЭД можно в виде упражнения проквантовать в формализме БРСТ (в калибровке Лоренца) и показать, что гильбертово пространство теории состоит только из состояний, соответствующим поперечным, физическим фотонам

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение27.04.2020, 17:09 
Заблокирован по собственному желанию


20/07/18

367
physicsworks в сообщении #1458141 писал(а):
Нет правильных или неправильных способов квантования. Все они в итоге приводят к одним и тем же результатам различными путями, более или менее сложными.

Можно явно проверить, но ведь в общем случае для произвольной теории такая гарантия отсутствует?

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение27.04.2020, 19:42 


07/07/12
402
Guvertod в сообщении #1458267 писал(а):
Можно явно проверить, но ведь в общем случае для произвольной теории такая гарантия отсутствует?
В общем случае там, где разные способы квантования можно сравнить в принципе, они дают одно и то же. Другое дело, что а вы попробуйте канонически проквантовать неабелевы калибровочные поля. Ну да ладно проквантовать, потом еще нужно доказать перенормируемость. Метод континуального интеграла (в "современном" смысле формализации Ф-П) хорош тем, что дает универсальный язык квантования и на этом языке помимо того, что можно проквантовать разношерстные нелегко дающееся теории типа неабелевых калибровочных, можно еще и сравнивать разные способы квантования. Но и он не безупречен, т.к. процедура функционального интегрирования может вообще не существовать строго математически в пространстве Минковского. Физики при этом сильно не переживают и по сути все вычисления производятся в евклидовой метрике, где все математически строго, а затем аналитически продолжаются на пространство Минковского. БРСТ метод еще более элегантный и идейно похож на метод Гупты-Брейлера, там тоже возникают духи и нужно их убить посредством наложения операторного условия на векторы состояния, но он привлекателен тем, что там все упаковано в ОДИН оператор, и этот метод опять можно связать с континуальным интегралом и сравнить что они оба дают. Б-В метод пока наиболее мощный и позволяет проквантовать самые изощренные действия в теории струн, там где другие методы просто нельзя практически применить. Но и он дает то же самое в случаях, когда его можно в принципе сравнить с другими методами. Так что все дороги ведут в Рим.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 00:01 


10/09/14
292
physicsworks в сообщении #1458141 писал(а):
Нет правильных или неправильных способов квантования. Все они в итоге приводят к одним и тем же результатам различными путями, более или менее сложными.

Спасибо за ответ, про многие упомянутые вами способы я и не слышал, мне ещё учиться и учиться).
У меня остался все же такой наивный вопрос, если существует много способов квантования и все они приходят к одному и тому же, что же вообще есть квантование? Можно ли сказать, что квантование - это процедура (неважно каким путем она совершается), которая позволяет описать экспериментальный факт того, что материя взаимодействует с материей посредством дискретных величин - квантов(в широком смысле, не обязательно фотонов).

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 00:16 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


15/10/08
12861
Viktor92
Грубо говоря, проквантовать - это угадать теорию из которой вытечет и первоначальная теория и несколько новых следствий вдобавок.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 00:45 


07/07/12
402
Viktor92, то что она (процедура) позволяет описать/посчитать/сравнить с экспериментом это дело десятое. Сама же процедура выглядит так. Представьте себе таблицу-диаграмму с двумя строками и двумя столбцами, в нижней строке таблицы живут классические теории: классическая механика частиц в первой ячейке и классическая теория поля во второй ячейке; в верхней строке таблицы живут квантовые теории: квантовая механика частиц и квантовая теория поля:
Код:
Квантовая механика частиц ------  Квантовая Теория Поля
Классическая механика частиц ---- Классическая теория поля
Движение в горизонтальном смысле (вправо по строкам) в этой таблице означает переход к континуальному переделу. Движение в вертикальном смысле (вверх по столбцам) отвечает процедуре (канонического) квантования.

К КТП можно прийти двумя путями (диаграмма коммутативная), стартовав из нижней левой ячейки, соответствующей классической механике частиц: 1) канонически ее проквантовать, получив квантовую механику частиц, а затем перейти к континуальному пределу; 2) сначала перейти к континуальному пределу, получив классическую теорию поля, а затем это классическое поле проквантовать. Обычно следуют второму пути. При этом способов как фактически это сделать есть множество и большинство из них, кроме уж слишком экзотических, я перечислил выше.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 13:56 
Заслуженный участник


21/08/10
02/03/25
2555
physicsworks в сообщении #1458413 писал(а):
1) канонически ее проквантовать, получив квантовую механику частиц, а затем перейти к континуальному пределу;



Все же не так. Ни какого континуального предела на этом пути нет. Есть совсем другое: нужно построить квантовую теорию произвольного числа частиц. Объединить все $N$-частичные пространства состояния в одно пространство состояний (часто это называют "вторичным квантованием", но термин неудачный, сбивающий с толку). Замечательным образом такая теория частиц окажется эквивалентна теории поля.

Можно, конечно, в рамках другого, полевого подхода устроить так называемую теорию поля на решетке и перейти к континуальному пределу. Но это просто формальный прием. Физического содержания здесь нет и к частицам это отношения не имеет. На решетке или нет, но теория поля все равно теория поля, это полевой подход, а не подход через частицы (подходов действительно два).

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 17:49 


07/07/12
402
Alex-Yu в сообщении #1458530 писал(а):
Все же не так
все же так :D Старик Сидни Коулмен нам завещал в своих лекциях (эта диаграмма пошла оттуда, потом Гриффитс ее в своей книги перемалевал, он был учеником Коулмана, ему можно).
Alex-Yu в сообщении #1458530 писал(а):
Есть совсем другое: нужно построить квантовую теорию произвольного числа частиц.
Правильно. Это и делается в переходе от квантовой механики частиц к квантовой теории поля по стрелке вправо на диаграмме Коулмена. Совершенно не обязательно думать о квантовом поле как об объекте который сразу рождается имея бесконечно много степеней свободы в окрестности каждой точки. Можно последовательно показать как шредингеровская теория произвольного числа частиц трансформируется в квантовую теорию поля одного поля. Почитать об этом можно по-моему у Каплуновского, но у него что-то сайт барахлит в последнее время. Да, я может неточно выразился, под "перейти к континуальному пределу" я имел ввиду вышеуказанную трансформацию.
Alex-Yu в сообщении #1458530 писал(а):
часто это называют "вторичным квантованием", но термин неудачный, сбивающий с толку
да, Вайнебрг в своем первом томе призвал этот термин искоренить, только вот в недавнем своем выступлении на конференции его за язык поймали когда он second quantization произнес вслух. Смешно получилось. Но он там больше в историческом контексте произнес.

Про решеточную теорию давайте не будем.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение28.04.2020, 19:48 
Заслуженный участник


21/08/10
02/03/25
2555
physicsworks в сообщении #1458626 писал(а):
но у него что-то сайт барахлит в последнее время.



В трехтомнике Вайнберга, например, нормально изложено. В самом начале первого тома.

-- Вт апр 28, 2020 23:49:24 --

physicsworks в сообщении #1458626 писал(а):
я может неточно выразился, под "перейти к континуальному пределу"



Ну я как раз об этом. Тут неточность выражения, влекущая искажение смысла.

-- Вт апр 28, 2020 23:59:21 --

physicsworks в сообщении #1458626 писал(а):
его за язык поймали когда он second quantization произнес вслух



Но это нисколько не означает того, что термин не подлежит искоренению :-) Мало ли что можно нечаянно ляпнуть...

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение29.04.2020, 16:42 


10/09/14
292
physicsworks в сообщении #1458413 писал(а):
Обычно следуют второму пути.

Да, в этом и проблема, хочеться и на первый путь посмотреть, чтобы осознать эквивалентность.
physicsworks в сообщении #1458626 писал(а):
Можно последовательно показать как шредингеровская теория произвольного числа частиц трансформируется в квантовую теорию поля одного поля. Почитать об этом можно по-моему у Каплуновского

А что за Каплуновский, я что-то не нашел его сайт.
Alex-Yu в сообщении #1458683 писал(а):
В трехтомнике Вайнберга, например, нормально изложено. В самом начале первого тома.

Спасибо, посмотрю.
Alex-Yu в сообщении #1458530 писал(а):
теория поля все равно теория поля, это полевой подход, а не подход через частицы (подходов действительно два).

Я может что-то не так понял, почему подходов два?
Квантовую теорию поля ведь можно назвать и, как мне кажется, это отражает её физическую суть - квантовой механикой переменного числа частиц, и квантовая механика многих частиц будет просто её следствием. Ещё наверно следует оговориться, что не частиц, а некоторых объектов ведущих себя в разных ситуациях как частицы или волны.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение29.04.2020, 16:54 
Заслуженный участник


14/10/14
1220
physicsworks в сообщении #1458141 писал(а):
Вообще, существует большое количество способов, а именно: ........
Извините, а не могли бы вы посмотреть и сказать, что именно из вами перечисленного содержится
Я (в первом приближении) понимаю то, что написано в этих двух местах, но вообще мне сложно из-за того, что везде написано разное и не всегда ясно, почему на самом деле оно одинаковое. (Причём даже под одними и теми же названиями бывают разные на вид вещи. Например, в книжке Боголюбова и Ширкова "Квантовые поля" есть "квантование по Гупта -- Блейлеру" и во вторых лекциях из списка выше оно тоже есть. Однако то, что написано у Боголюбова и Ширкова, мне пока непонятно, и я не могу даже сообразить, одно и то же в этих двух местах написано или нет.)

 Профиль  
                  
 
 Re: "Правильный" способ квантования электромагнитного поля
Сообщение30.04.2020, 01:37 


07/07/12
402
Alex-Yu в сообщении #1458683 писал(а):
В самом начале первого тома.
но там не все, далеко не все именно по этому вопросу, а лекции Вадима Каплуновского очень хорошо дополняют Вайнберга (они, кстати, оба в университете Техаса в Остине).
Viktor92 в сообщении #1458888 писал(а):
А что за Каплуновский, я что-то не нашел его сайт.
Вот он: Vadim Kaplunovsky
Slav-27 в сообщении #1458893 писал(а):
в лекциях Решетихина https://arxiv.org/abs/1008.1411, конкретно в разделе 8.2 и в главе 6;
В шестой главе обсуждаются метод Фаддеева-Попова (его еще называют F-P trick или F-P prescription) и начала БРСТ-метода, а в 8.2. метод Ф-П применяется в Янг-Миллсе в конечномерном случае (так что все интересное связанное с ультрафиолетовыми расходимостями там просто не рассматривается).
Slav-27 в сообщении #1458893 писал(а):
в https://statweb.stanford.edu/~souravc/q ... mbined.pdf
, конкретно в лекциях 23 -- 28.
вот это мне нравится больше, но если по методам пройтись здесь есть только каноническое квантование для спин-0 в первой части и Гупта-Брейлер для фотона во второй части, а до Янг-Миллса там даже не добираются.
Slav-27 в сообщении #1458893 писал(а):
Например, в книжке Боголюбова и Ширкова "Квантовые поля" есть "квантование по Гупта -- Блейлеру"
эту (очень хорошую!) книгу я бы вообще не рекомендовал читать вначале. Никому, ни математикам, ни физикам. Потом, когда уже все понятно станет, можно ее почитать.

Наиболее последователен, строг и современен, наверное, только Вайнберг. Его часто не любят из-за идиосинкразических обозначений по части квантовой механики (с которыми можно разобраться за 5 минут) и боятся рекомендовать начинающим, но если с квантовой механикой (у Вайнберга есть отдельная книга по квантам), классической теория поля и СТО (на уровне начала второго тома ЛЛ) проблем нет, его можно и нужно читать. Вот в Вайнберге есть ВСЕ перечисленные выше методы.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 13 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: YandexBot [bot]


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group