Ableitung der Lagrange-Form des Feynman-Pfadintegrals durch Gaußsche Integration

Die Hamiltonsche Form des Pfadintegrals für die zeitliche Entwicklung eines einzelnen Teilchens in einer Dimension (in der nicht-relativistischen Quantenmechanik) lautet:

X | U ^ ( T 2 , T 1 ) | X ' = D X D P   e ich T 1 T 2 D T   ( P ( T ) X ˙ ( T ) H ( X ( T ) , P ( T ) ) )
Stellen Sie sich nun vor, dass das einzelne Teilchen einen standardmäßigen quadratischen Hamilton-Operator hat H ( X , P ) = P 2 2 M + v ( X ) . Wenn wir dies in die obige Gleichung einsetzen, können wir die Definition des Pfadintegrals verwenden, um zu erhalten (Gleichung 3.5 der Feldtheorien der kondensierten Materie von Atland und Simons):
X | U ^ ( T 2 , T 1 ) | X ' = lim N . . . N = 1 N 1 D X N N = 1 N D P N 2 π   e ich N = 1 N δ T ( P N X ˙ N P N 2 2 M v ( X ) )
Wo δ T = T 2 T 1 N Und X ˙ N X N X N 1 δ T . Jetzt können wir sehen, dass alle Integrale über Impulse gaußförmig sind und leicht ausgewertet werden können. Indem man die Summe im Exponenten als Produkt von Exponentialen schreibt e ich N = 1 N δ T ( P N X ˙ N P N 2 2 M v ( X ) ) = N = 1 N e ich δ T ( P N X ˙ N P N 2 2 M v ( X ) ) , und durch Verschmelzen der beiden Produkte können wir leicht Produkte von Gaußschen Integralen über den Impulsen identifizieren, die ausgewertet werden können. Das Endergebnis ist (Gleichung 3.8 von Atland und Simons):
X | U ^ ( T 2 , T 1 ) | X ' = D X   e ich T 1 T 2 D T   ( 1 2 M X ˙ 2 ( T ) v ( X ( T ) ) ) = D X   e ich T 1 T 2 D T   L ( X , X ˙ )
Wo D X ist das neu definierte "Maß" :
D X lim N ( M N ich 2 π ( T 2 T 1 ) ) N / 2 N = 1 N 1 D X N


Meine Frage ist:

Das neu definierte Maß hat einen konstanten Koeffizienten, der wie folgt abweicht N N / 2 . Ich verstehe nicht, was das physikalisch bedeutet. Ich nehme an, dass die Integrale ohne diesen Faktor alle gegen Null gehen, so dass multipliziert mit diesem abweichenden Faktor eine endlich plausible Antwort für ergibt X | U ^ | X ' . Eine andere Sichtweise ist, dass zumindest im Kontext der statistischen Mechanik alle physikalischen Größen wie Erwartungswerte als Verhältnis von Pfadintegralen angegeben werden, sodass sich die divergierenden Terme aufheben. Ich finde jedoch keine Möglichkeit, dies im Kontext der Quantenmechanik zu zeigen, wobei das Pfadintegral die Rolle des Propagators spielt.

Antworten (1)

  1. Dieser Pfadintegralmaßfaktor ist bekannt als Feynmans Fudge-Faktor. Es sorgt dafür, dass das Gaußsche (=freie) Lagrange-Wegintegral (i) einen endlichen Wert hat und (ii) bzgl. forminvariant ist. zu zusätzlichen intermediären Gaußschen Integrationen, vgl. zB meine Phys.SE-Antwort hier .

  2. Wie OP bereits angemerkt hat, kann der Fudge-Faktor von Feynman aus dem Hamiltonschen Phasenraumpfadintegral abgeleitet werden, indem die Impulsvariablen herausintegriert werden. Siehe auch diesen verwandten Phys.SE-Beitrag.

Vielen Dank für Ihre Antwort. Ich verstehe. Aber was ist mit der Divergenz des Faktors? Wie kann man das verstehen? Entweder alle Integrale ohne den Faktor sollten damit gegen Null gehen 0 × F ich N ich T e , oder man sollte zeigen können, dass ähnlich wie im Fall der statistischen Mechanik alle physikalisch relevanten Größen als Verhältnisse von Wegintegralen geschrieben werden können. Ich möchte sehen, welche davon wahr ist und warum?
Ich habe die Antwort aktualisiert.
Ich verstehe, also war meine erste Vermutung richtig. Gibt es eine Möglichkeit zu zeigen, warum das Integral ohne diesen Faktor im Allgemeinen für jedes Potenzial gegen Null geht? v ( X ) ? Mir würde sogar ein handwinkendes Argument genügen.
Vorschlag: Als Check mit beliebigem Potential v , sollten Sie die diabatische Grenze berücksichtigen, vgl. meine Phys.SE-Antwort hier .