equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Teoria | Interação | mediador | Magnitude relativa | Comportamento | Faixa |
---|---|---|---|---|---|
Cromodinâmica | Força nuclear forte | Glúon | 1041 | 1/r7 | 1,4 × 10-15 m |
Eletrodinâmica | Força eletromagnética | Fóton | 1039 | 1/r2 | infinito |
Flavordinâmica | Força nuclear fraca | Bósons W e Z | 1029 | 1/r5 até 1/r7 | 10-18 m |
Geometrodinâmica | Força gravitacional | gráviton | 10 | 1/r2 | infinito |
G* = OPERADOR DE DIMENSÕES DE GRACELI.
DIMENSÕES DE GRACELI SÃO TODA FORMA DE TENSORES, ESTRUTURAS, ENERGIAS, ACOPLAMENTOS, , INTERAÇÕES E CAMPOS, DISTRIBUIÇÕES ELETRÔNICAS, ESTADOS FÍSICOS, ESTADOS QUÂNTICOS, ESTADOS FÍSICOS DE ENERGIAS DE GRACELI, E OUTROS.
A renormalização é um conjunto de técnicas utilizadas para eliminar os infinitos que aparecem em alguns cálculos em Teoria Quântica de Campos.[1] Na mecânica estatística dos campos[2] e na teoria de estruturas geométricas auto-similares,[3] a renormalização é usada para lidar com os infinitos que surgem nas quantidades calculadas, alterando valores dessas quantidades para compensar os efeitos das suas auto-interações. Inicialmente vista como um procedimento suspeito e provisório por alguns de seus criadores, a renormalização foi posteriormente considerada uma ferramenta importante e auto-consistente em vários campos da física e da matemática. A renormalização é distinta da outra técnica para controlar os infinitos, regularização, que assume a existência de uma nova física desconhecida em novas escalas.[4]
Renormalização em EDQ
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Os campos e a constante de acoplamento são realmente quantidades "cruas", por isso, o índice B acima. Convencionalmente, as quantidades cruas são escritas de modo que os termos lagrangianos correspondentes sejam múltiplos dos renormalizados:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Teoria de gauge e Identidade de Ward-Takahashi[5][6] implicam que podemos renormalizar os dois termos da parte derivada covariante juntos[7], que é o que aconteceu para Z2, é o mesmo com Z1.[8]
Na mecânica quântica, a Representação de Dirac ou Representação de Interação é uma intermediação entre a Representação de Schrödinger e a Representação de Heisenberg. Considerando que nas outras duas representações ou o vetor do estado quântico ou o operador possuem dependência com o tempo, na Representação de Dirac ambas possuem parte da dependência do tempo dos observáveis.
Equações que incluem operadores agindo em tempos distintos, que são comportadas na Representação de Dirac, não necessariamente serão comportados nas representações de Schrödinger e Heisenberg. Isto é porque transformações unitárias do tempo se relaciona com operadores de uma representação com o operador análogo da outra representação.
Definição
Operadores e vetores dos estados quânticos na Representação de Dirac são relacionados pela mudança de base para aqueles operadores e vetores na Representação de Schrödinger.[1]
Para alternar na Representação de Dirac, nós dividimos o hamiltoniano da Representação de Schrödinger em duas partes,
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
////// . Qualquer escolha das partes nos dará uma Representação de Dirac válida, mas para nos ser útil na simplificação do problema, as partes serão escolhidas de forma que será facilmente resolvido e conterá as partes mais difíceis de analisar deste sistema.
Se o hamiltoniano for dependente do tempo (por exemplo, se o sistema quântico interagir com um campo elétrico aplicado externo que varia com o tempo), normalmente nos será vantajoso incluir explicitamente os termos dependentes do tempo com , deixando o independente do tempo. Nós iremos assumir que este será o caso. (se existir um contexto em que isto faça sentido ter um dependente do tempo, então deve-se trocar
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
////// pelo operador de evolução).
Vetor do estado quântico
O vetor do estado quântico na Representação de Dirac é definido como[2]
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Onde é o mesmo vetor da Representação de Schrödinger.
Operadores
Um operador na Representação de Dirac é definido como
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Perceba que não será dependente de t e pode ser reescrito como .
Operador hamiltoniano
Para o operador a Representação de Dirac e Schrödinger são idênticas
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Isto pode ser comprovador usando o facto que os operadores comutáveis com funções diferenciáveis. Este operador em particular também pode ser escrito da forma sem ambiguidade.
Para a perturbação hamiltoniana , teremos
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde a perturbação hamiltoniana da Representação de Dirac se torna um hamiltoniano dependente do tempo (a não ser que ).
É possível de se obter a Representação de Dirac para um hamiltoniano dependente do tempo , mas os exponencias precisam ser substituídos pelo propagador unitário devido para ou mais explícito com uma integral exponencial ordenada pelo tempo.
Matriz densidade
A matriz densidade pode se demonstrada transformando a Representação de Dirac da mesma forma como qualquer outro operador. Em particular, deixe e ser a matriz de densidade na Representação de Dirac e na Representação de Schrödinger, respectivamente. Se existe possibilidade de ser no estado físico , então
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Equações da evolução temporal
Estados da evolução temporal
Transformando a Equação de Schrödinger numa Representação de Dirac teremos:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Esta equação se refere à equação Schwinger-Tomonaga.
Operadores da evolução temporal
Se o operador é independente do tempo então a evolução temporal correspondente para é dada por
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Na Representação de Dirac os operadores evoluem no tempo como os operadores da Representação de Heisenberg com o hamiltoniano .
Evolução temporal da matriz densidade
Transformando a equação de Schwinger-Tomonaga na linguagem da matriz densidade teremos
Na física a Representação de Heisenberg, desenvolvida pelo físico Werner Heisenberg, é a formulação da mecânica quântica onde os operadores (observáveis) são dependentes do tempo e o estado quântico são independentes do tempo. Isto demonstra o contraste com a Representação de Schrödinger na qual os operadores são constantes e o estado quântico se desenvolve no tempo. Estas duas representações apenas se diferem pela mudança na dependência do tempo. Formalmente falando a Representação de Heisenberg é a formulação da mecânica matricial numa base arbitrária, onde o Hamiltoniano não é necessariamente diagonal.
Detalhes matemáticos
Na Representação de Heisenberg da mecânica quântica o estado quântico, , não se modifica com o tempo, e um observador A satisfaz a equação
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
onde H é o hamiltoniano e [·,·] é o comutador de A e H. Em certo sentido, a Representação de Heisenberg é mais natural e fundamental que a Representação de Schrödinger, especialmente para a teoria da relatividade geral e restrita.
A similaridade da Representação de Heisenberg com a física clássica é facilmente identificada ao trocar o comutador da equação acima pelos Parênteses de Poisson, então a equação de Heisenberg se tornará uma equação da mecânica hamiltoniana.
Derivando a equação de Heisenberg
Suponha que nós tenhamos um observador A (que é um operador autoadjunto). O valor esperado de A para um dado estado é dado por:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
ou se nós escrevermos a seguinte Equação de Schrödinger
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
(onde H é o hamiltoniano independente do tempo e ħ é a Constante de Planck dividida por 2·π) nós
e então nós definiremos
Agora obteremos
(diferenciando de acordo com a regra do produto)
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
(a última passagem é válida já que comuta com H.) Nós agora estamos à esquerda da Equação de Heisenberg do movimento
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
(onde [X, Y] é o comutador dos dois operadores e definidos como [X, Y] := XY − YX).
Agora, se nós fizermos uso do operador de igualdade
Nós veremos que para um observador independente do tempo A, nós obteremos:
Devido ao relacionamento entre os Parênteses de Poisson e os comutadores, esta relação também obedece à mecânica clássica.
Relacionamento do comutador
O relacionamento do comutador é bastante diferente à Representação de Schrödinger por causa da dependência do tempo dos operadores. Por exemplo, considere os operadores e . A evolução no tempo destes operadores depende do hamiltoniano deste sistema. Para um oscilador harmônico de uma dimensão
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
A evolução da posição e do operador do momento é dada por:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Pela diferenciação de ambas equações e solucionando com as devidas condições iniciais
nos leva a:
Agora nós estamos prontos para diretamente comutar a relação do comutador:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Perceba que para , simplesmente obteremos a já conhecida relação de comutação canônica.
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
////// teremos
Na mecânica quântica, uma função de estado é uma combinação linear (uma superposição) de valor próprio. Numa Representação de Schrödinger, o estado de um sistema evolui com o tempo, onde a evolução para um sistema quântico fechado é provocada por operador unitário chamado de operador da evolução temporal. Isto difere de uma Representação de Heisenberg onde os estados são constantes enquanto os observáveis evoluem com o tempo. As estatísticas de medição são as mesmas em ambas as representações.
O operador de evolução temporal
Definição
O operador de evolução temporal U(t,t0) é definido como:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Isto é, quando este operador está agindo no estado "ket" em t0 no dá o estado "ket" em um tempo t. Para "bras", nós temos:
Propriedades
Primeira propriedade
A operador da evolução temporal deve ser unitário. Isto é necessário porque nós precisamos que a norma do estado "ket" não mude com o tempo. Isto é,
Em consequência disto,
Segunda propriedade
Distintamente U(t0,t0) = I, a função identidade. Como:
Terceira propriedade
A evolução temporal de t0 para t pode ser vista como a evolução temporal de t0 para um tempo t1 indeterminado e de t1 para o tempo final t. Então conclui-se:
Equação diferencial para o operador da evolução temporal
Se dermos, por convenção, o índice t0 no operador da evolução temporal de forma que t0 = 0 e escrevermos isto com U(t). A Equação de Schrödinger pode ser re-escrita da seguinte forma:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Onde H é o Hamiltoniano para o sistema. Como é uma constante de ket (o estado ket é da forma t = 0), nós vemos que o operador da evolução temporal obedece a Equação de Schrödinger:
Se o hamiltoniano independe do tempo, a solução da equação acima será:
Onde nós também usamos o facto que t = 0, U(t) precisa reduzir para a função identidade. Assim obteremos:
Perceba que é um ket arbitrário. Apesar de que, se o ket inicial é um valor próprio do hamiltoniano, com o valor próprio E, nós temos:
Assim, vemos que os valores próprios do hamiltoniano são estados estacionários, eles apenas escolhem um fator de fase global já que eles evoluem com o tempo. Se o hamiltoniano é dependente do tempo, mas os hamiltonianos de diferentes tempo comutam, então o operador da evolução temporal pode ser escrito da forma:
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Uma alternativa para a Representação de Schrödinger é trocar para uma rotação de referências de quadros, que seja rotacionada pelo propagador do movimento. Desde que a rotação ondulatória seja agora assumida pelo próprio referencial, uma função de estados não perturbados surge para ser verdadeiramente estáticos.
Na matemática, a equação de Hamilton–Jacobi (HJE em inglês) é uma condição necessária para descrever a geometria em problemas de cálculos. Na física, ela é uma reformulação da mecânica clássica e é equivalente a outras reformulações como a segunda lei de Newton, mecânica de Lagrange e mecânica hamiltoniana. Ela foi formulada pelos matemáticos William Rowan Hamilton e Carl Gustav Jakob Jacobi.
A equação de Hamilton–Jacobi é particularmente importante por ser a única formulação matemática da mecânica em que o movimento de uma partícula pode ser representada como uma onda. Neste sentido, a equação preencheu um antigo objetivo da física teórica (iniciada no século XVIII por Johann Bernoulli) que era o de encontrar uma analogia entre a propagação da luz e o movimento de uma partícula. A equação de onda seguida por sistemas mecânicos é similar a, mas não idêntico a, equação de Schrödinger, por esta razão, a equação de Hamilton–Jacobi é considerada a maior aproximação da mecânica clássica com a mecânica quântica.[1][2]
Definição
A equação de Hamilton–Jacobi é uma equação diferencial parcial, não linear de primeira ordem para a função chamada de função principal de Hamilton.
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Esta equação pode ser obtida a partir da mecânica hamiltoniana tratando-se como a função geradora para uma transformação canônica da mecânica Hamiltoniana . O momento conjugado corresponde à primeira derivada de com respeito as coordenadas generalizadas
que pode ser obtido como se segue.
A mudança na ação de um caminho para um caminho vizinho é dado por
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Desde que os caminhos do movimento atual satisfaçam a equação de Euler–Lagrange, a integral em será zero. No primeiro termo nós colocaremos , e denotaremos o valor de por simplesmente . Trocando por , nós teremos
- .
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
A partir desta relação se segue que a derivada parcial da ação com respeito às coordenadas são iguais ao momento correspondente. Similarmente, as coordenadas podem ser obtidas como derivadas com respeito do momento transformado, ao se inverter estas equações, pode-se determinar a evolução do sistema mecânico, isto é, determinar as coordeadas como funções do tempo. As posições iniciais e as velocidades são as constantes da integral para a solução de , que corresponde às quantidades conservadas da evolução tal como a energia total, o momento angular, ou o vetor de Laplace–Runge–Lenz.
O rotador retrocedido,[1] também escrito como rotor retrocedido[2], é um modelo de protótipo para estudos de caos e caos quântico.[3] Ele descreve uma partícula que é forçada a se mover em um anel (equivalente: um bastão rotativo).[4] A partícula é propelida periodicamente por um campo homogêneo (equivalente: a gravitação é ativada periodicamente em pulsos curtos).[5] O modelo é descrito pelo Hamiltoniano[6]
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Onde é a função delta de Dirac, é a posição angular (por exemplo, em um anel), tirada no módulo , é o momento e é a força de retrocesso. Sua dinâmica é descrita pelo mapa padrão
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Com a ressalva de que não é periódico, como está no mapa padrão. Veja mais detalhes e referências na Scholarpedia associada.
equação Graceli dimensional relativista tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
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