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
30/12/24
12599
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
2462
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
2462
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: нет зарегистрированных пользователей


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