Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
80
Добавлен:
20.05.2015
Размер:
8.64 Mб
Скачать

похідної

aRk a1...an

число ak необхідно поставити після an і опустити. Наприклад,

L p ,

 

p p ,

L

p ,

 

p p ,

 

1

12

 

 

 

2

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R p ,

 

p p ,

R

p ,

 

p p .

 

1

12

 

 

 

2

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Легко показати, що ліві і праві похідні комутують між собою, а однойменні похідні антикомутують.

Визначимо тепер інтеграл на алгебрі Грассмана

dap a ,

(12.37)

де p a p0 p1a – елемент алгебри G1. Оскільки генера-

тор a не можна розглядати як неперервну змінну, інтеграл (12.37) не є площею під «кривою» p a , і нема рації

вказувати границі інтегрування. Вимагаємо, щоб інтеграл (12.37) задовольняв вимоги лінійності і трансляційної інваріантності:

 

 

 

 

 

dap a

 

daq a ,

 

da

p a q a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.38)

 

 

 

dap a dap a b ,

 

 

 

де a,b, p, q – елементи алгебри G1 , і

 

– комплексні

числа. Число b не залежить від a . Умови (12.38) будуть виконані, якщо

da 0, daa 1. (12.39)

Звідси і з (12.35) випливають рівності

470

 

d p ,

 

p p L p,

 

 

1

12

 

 

d p ,

 

p p L p.

 

 

 

2

12

 

Розглянемо алгебру G2 , утворену генераторами a1 і a2. Визначимо подвійний інтеграл як повторний

da1 da2 p a1, a2 ,

де p – елемент алгебри G2 . Зажадаємо, щоб «нескінченно

малі»

грассманові числа da1,

da2

антикомутували один

з одним і з усіма «скінченними» числами Грассмана:

 

dai , dak 0,

dai , ak 0.

Тоді

для чотирьох незалежних

функцій 1, a1, a2 , a1a2

зурахуванням правил (12.39) одержимо

da1 da2 0,

da1 da2 a1 da1a1 da2 da2 0,

da1 da2 a2 da1 0 ,

da1 da2 a1a2 da1 da2a2a1 da1a1 1.

Ясно, що в інтеграл

da1 da2... dan p a1,..., an

відмінний від нуля внесок дає лише член a1a2...an у розкладі (12.34). Зокрема,

da1... danai1 ...ain 1 P ,

(12.40)

де P – парність перестановки

471

i

...

i

 

 

1

 

n

.

 

n

...

1

 

Вибір генераторів алгебри Грассмана неоднозначний. Перейдемо в інтегралі (12.40) до інших змінних інтегрування. Нехай старі генератори ai пов'язані з новими bi

лінійними співвідношеннями

n

 

bi Bik ak ,

(12.41)

k 1

де B – несингулярна c -числова матриця. Обернене перетворення має вигляд

ai Bik1bk .

k

 

Єдиним незалежним n -кратним інтегралом у Gn

є

da1... dan an...a1 1.

(12.42)

Аналогічно для нових генераторів bi також повинна виконуватися рівність

db1... dbn bn...b1 1.

(12.43)

З огляду на (12.41), одержуємо

 

bn...b1 det B an...a1.

(12.44)

Таким чином, інтеграли (12.42) і (12.43) збігаються, якщо виконується рівність

db1...dbn

1

da1...dan.

(12.45)

 

det B

 

 

 

Часто доводиться мати справу з інтегралом від експоненти:

472

da1 da2e a1a2 da1 da2

1 a1a2

 

da1 da2 a1a2 .

 

(12.46)

 

 

Тут – комплексне число. Розглянемо 2n-кратний гауссівський інтеграл

 

I

 

da da ...da da

 

 

n

a A a

 

 

 

 

 

 

exp

 

,

(12.47)

 

 

1 1

n n

 

 

i ik k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ik

 

 

 

 

 

де

a , a ,..., a , a

– незалежні генератори алгебри G

 

, A

 

1 1

 

n n

 

 

 

 

 

 

2n

 

 

c -числова матриця n n. Припустимо, що вона діагоналізується за допомогою перетворення

 

 

Bik Akl Blm1 i im ,

 

 

 

(12.48)

 

 

kl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де i

– її власні числа. Введемо нові грассманові генерато-

ри bi , bi , пов'язані зі старими співвідношеннями

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

bi Bik ak ,

 

bi B 1

ak .

 

(12.49)

 

 

k 1

 

 

 

 

k 1

 

ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тут

знаком

позначена

транспонована

 

матриця. Тоді

з (12.45) випливає

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

db db ...db db

 

 

1

 

da da ...da da

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

1 1

n n

 

det B det B 1

1 1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

da1 da1...dandan .

Зогляду на (12.48) і (12.49), одержуємо

ai Aik ak ibi bi .

ik

i

Отже, інтеграл (12.47) дорівнює

473

I dbi dbi exp ibi bi i det A,

(12.50)

i

i

 

де враховане значення інтеграла (12.46). Відзначимо, що інтеграл (12.47) за дійсними змінними був обчислений у підрозділі 7.2. Однак там детермінант матриці A виявився не в чисельнику, а в знаменнику.

Обчислимо 2n-кратний інтеграл

 

dz dz

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

l l

 

 

 

 

 

 

 

exp z

 

Az u

 

z z .

(12.51)

1

 

 

 

l 1

2 i

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тут z

 

 

All zl ,

u

 

 

zl ,

 

 

A – не-

 

Az zl

 

z ul

z zl l ,

 

 

ll

 

 

 

l

 

 

l

 

сингулярна c -числова матриця, 1 для бозонів і 1

для ферміонів. У випадку бозонів z, z ,u , – комплексні

числа. Якщо ж розглядається система ферміонів, ці величини є елементами алгебри Грассмана. Форма

Bz , z z Az u z z

упоказнику експоненти (12.51) має мінімум при

zm A 1 ,

zm u A 1.

У мінімумі

 

B

u A 1 .

m

 

Отже,

B z , z Bm z zm A z zm .

Підставимо цей вираз у (12.51) і зсунемо змінні інтегрування. При цьому міра інтегрування не змінюється. З огляду на (12.50) і значення аналогічного інтеграла в підрозділі 7.2, одержуємо

474

 

dz dz

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

l l

 

 

 

 

 

1

 

exp z

 

Az u

 

z z

l 1

2 i

2

 

 

 

(12.52)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp u A 1 .

 

 

 

 

det A

 

 

 

 

Повернемося до когерентних станів фермі-системи з одним ступенем свободи. За аналогією з (12.9) вони визначаються співвідношеннями

z exp aˆ z 0 0 aˆ z 0 ,

(12.53)

z 0 exp z aˆ 0 0 z aˆ.

Вважається, що оператори вторинного квантування aˆ, aˆ

антикомутують з числами Грассмана. Вектори (12.53) задовольняють рівняння (12.31).

Перекриття двох когерентних станів фермі-системи легко одержати з (12.53):

z

 

z 1 z z exp z z .

(12.54)

 

Умова повноти когерентних станів має вигляд

 

 

 

d z

 

z

z

 

1,

(12.55)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де

 

 

 

 

d z dz dz exp z z .

(12.56)

Це співвідношення легко перевірити, якщо врахувати (12.53), правила інтегрування (12.39) і умову повноти

у просторі Фока

 

0 0

 

 

 

1

1

 

1 . Поєднуючи формули

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.18) і (12.56), одержуємо для міри інтегрування вираз

475

 

1

1

 

1

 

 

d z 2 i 2

 

z

z

 

dz dz,

(12.57)

справедливий як для бозонів 1 , так і для ферміонів

1 .

Амплітуда імовірності знайти в будь-якому стані когерентний стан z дорівнює

z 0 0 z aˆ 0 z 0 aˆ .

Вважається, що числа Грассмана антикомутують із бра- і кет-векторами.

Переконаємося в тому, що слід деякого оператора ˆ

A,

який містить парне число фермієвських операторів, дорівнює

ˆ

z

 

ˆ

 

z .

(12.58)

 

 

SpA d z

 

A

 

 

 

 

 

 

 

Для цього підставимо (12.53) і (12.56) у цей інтеграл. Матричний елемент під знаком інтеграла буде дорівнювати

z

 

ˆ

 

z

 

0

 

ˆ

 

0

 

0

 

ˆ

 

1 z z

 

1

 

ˆ

 

0

 

z 1

 

ˆ

 

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

A

 

 

A

 

 

 

A

 

z

 

A

 

З огляду на (12.54) і правила інтегрування (12.39), одер-

жуємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d z

z

 

ˆ

 

z

 

0

 

ˆ

 

0

1

 

ˆ

 

1 ,

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

A

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тобто формула (12.58) дійсно справедлива.

Ми пропонуємо читачеві переконатися в тому, що будьяка функція A u , комплексних або грассманових змін-

них u і може бути представлена у вигляді

 

A u ,

u

 

N A aˆ , aˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

(12.59)

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

476

де A aˆ , aˆ – будь-який оператор, записаний через опера-

тори породження і знищення. Символ N означає, що мно-

жники

aˆ

й aˆ

 

ˆ

 

у A нормально упорядковані. Іншими сло-

вами, у

 

 

ˆ

 

всі оператори породження розташовані ліво-

N A

 

 

 

 

 

 

руч операторів знищення. При цьому необхідно врахувати множник 1 P , де P – парність перестановки фермієвсь-

ких операторів при переході від початкового добутку операторів до нормального.

12.4.Континуальні інтеграли

У1948 році Р. Фейнман запропонував нове формулювання квантової механіки, засноване на представленні амплітуди переходу системи з початкового стану в кінцевий у вигляді континуального інтеграла. Цей інтеграл називається також функціональним або інтегралом за траєкто-

ріями. Метод

континуального інтегрування

викладений

у підручниках

з квантової механіки (див.,

наприклад,

відомі курси квантової механіки Р. Фейнмана й А. Хібса, І. О. Вакарчука, І. Р. Юхновського, курс теоретичної фізики А. В. Свідзинського). Він широко використовується в квантовій теорії поля й у статистичній фізиці. Тут ми коротко на прикладі частинки, яка виконує одновимірний рух у потенціальному полі V x , нагадаємо, як амплітуда

переходу виражається через континуальний інтеграл.

З квантової механіки відомо, що вектор стану t частинки в момент t 0 може бути отриманий зі стану

 

0 в результаті дії

унітарного

 

ˆ

 

 

 

оператора U t , який

називається оператором еволюції:

 

 

 

 

 

t

ˆ

 

 

0

.

(12.60)

 

 

 

 

 

U t

 

477

ˆ

 

 

 

 

 

Якщо гамільтоніан H частинки не залежить від часу,

оператор еволюції дорівнює

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

i

ˆ

 

U t exp

 

 

Ht .

(12.61)

 

 

 

 

 

 

Якщо домножити рівність (12.60) зліва на бра-вектор x

стану частинки з певною координатою x і врахувати умову повноти цих станів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

x

 

x

 

1,

(12.62)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то отримаємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

t

 

 

 

0 .

 

 

x

dx0 x

ˆ

 

 

 

 

 

 

U

 

x0

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тут x

 

t

 

x,t – хвильова функція частинки в коор-

 

 

динатному

представленні,

а

 

x

 

ˆ

 

x0 – її амплітуда

 

 

 

 

 

U t

 

переходу з точки x0 в точку x за час t.

Для представлення амплітуди переходу у вигляді континуального інтеграла розділяємо проміжок t на n малих

частин t t

n

.

Тоді оператор еволюції дорівнює

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

lim

 

ˆ

 

 

 

 

n

 

 

(12.63)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U t

U t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тут n ,

t 0 так,

що

t

залишається скінченним.

Обмежуючись членами порядку t, маємо приблизно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

ˆ

2

 

 

i

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

U t exp

 

 

 

H t

exp

 

 

 

 

 

t

 

V x

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

 

p

 

 

t exp

V t

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

478

оскільки помилка, пов'язана з некомутативністю операторів кінетичної і потенціальної енергій частинки, порядку

t 2 . Тут m – маса частинки, pˆ – оператор імпульсу.

Вставимо між n множниками в (12.63) n 1 разів одиничний оператор (12.62). Тоді амплітуда переходу частинки із

точки x0

у точку x буде дорівнювати

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U x, x0 ,t

 

x

 

ˆ

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V t

 

 

lim

 

dx ...

 

dx

 

 

 

x

 

exp

i

 

p

 

 

 

t exp

 

 

i

 

x

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

exp

i

 

 

p

 

 

t exp

 

i

V t

 

 

 

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

x

V x

 

x ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

цей вираз можна переписати у вигляді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U x, x0 ,t lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx1... dxn 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i pˆ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

x

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.64)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

pˆ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

exp

 

 

 

 

 

 

t

x0

exp

 

 

 

V xl 1 t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Амплітуда переходу вільної частинки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x, x ,t

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

pˆ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

x

exp

 

 

t

 

 

x ,

 

(12.65)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

яка входить у співвідношення (12.64), легко обчислюється.

479

Соседние файлы в папке Статы