In dieser Frage möchte ich eine Ableitung von Hamiltons Prinzip der stationären Wirkung geben, und meine Frage an die Community wäre, ob mein Argument fehlerhaft ist . Das System, das ich betrachten möchte, ist (der Einfachheit halber) ein Teilchen, das sich in einer Dimension bewegt, also kann ich an diesem Teilchen seine Position x beobachten. Für eine quantenmechanische Behandlung gehe ich davon aus, dass sich das System in einer Überlagerung vieler Zustände befinden wird, und daher ist der Weg zu gehen:
Annahme : Das Beobachtbare wird durch einen Operator repräsentiert Einwirken auf einen geeigneten Hilbert-Raum über den komplexen Zahlen. Ein Zustand des Systems ist ein Vektor (dessen Norm ist ) in diesem Hilbert-Raum und seine Zerlegung in Eigenzustände des Operators gibt die Wahrscheinlichkeiten für die Messung der Eigenwerte des Operators an.
Auch eine Vermutung? Da bin ich mir nicht sicher: Da wir die Wahrscheinlichkeit beibehalten wollen, benötigen wir die zeitliche Evolution des Operators einheitlich sein: , mit einem noch zu bestimmenden Operator . Ich bin mir nicht sicher, ob dies eine Annahme ist oder nicht, da die Gesamtwahrscheinlichkeit erhalten bleiben muss. Da ich hiermit behaupte, dass Zustände in der Zeit stationär sind, während Operatoren Zeitentwicklung erfahren, bin ich im Heisenberg-Bild, Operatoren bewegen sich in der Zeit, Zustände nicht.
Definition einer anderen Observablen (die sich später als ähnliche Eigenschaften dessen herausstellen wird, was wir gewöhnlich „Impuls“ nennen): Gegeben die Observable , wir definieren als Generator von Übersetzungen von , was bedeutet, dass es zu jeder Zeit das halten sollte Und .
Nach dieser Definition erzeugt infinitesimale c-Zahl-Variationen von : . Gleichzeitig, wird der Generator von infinitesimalen c-Zahl-Variationen von sein . Wir können schreiben (Ohne noch eine explizite Formel anzugeben, könnte die Abhängigkeit überhaupt keine Abhängigkeit sein).
Nun nehme ich eine Variation der Menge an . Damit meine ich
Wählen , kommen wir zu:
Dann mit
, kann man eine Legendre-Transformation durchführen
, und gelangt zum gleichen Prinzip, aber formuliert für eine Lagrange-Funktion, die von abhängt
,
, und (mögliche) höhere Ableitungen.
Ist eines dieser Argumente ungültig? Habe ich weitere Annahmen als die hier aufgeführten getroffen?
Für mich liegt der Fehler in der Definition Ihres Lagranges .
Nach Ihrer Definition ist ein Operator. Was genau meinst du mit Minimieren? [Zu diesem Zweck müssten Sie einen oder mehrere Quantenzustände einführen und zB den Erwartungswert minimieren.] Eine andere Möglichkeit, diesen Fehler zu sehen, besteht darin, zu fragen, was Sie mit zB meinen ? Auf dem Schrödinger-Bild (Und ) sind zeitunabhängige Operatoren, also wäre die Zeitableitung null. Auch hier kommt die Dynamik (und damit die zeitliche Ableitung) erst mit den Quantenzuständen ins Spiel .
Der Standardweg, um die Quantenmechanik mit dem Prinzip der kleinsten Wirkung zu verbinden, ist über das Pfadintegral von Feynman. Seine Ableitung erfordert in der Tat die einheitliche Zeitentwicklung plus die kanonischen Kommutierungsbeziehungen von Und , mit dem Unterschied, dass Sie die Wahrscheinlichkeitsamplitude für den Übergang eines bestimmten Anfangszustands berechnen in einen bestimmten Endzustand . Sie erhalten das gewünschte Wirkungsintegral, allerdings in einem wellenförmigen Exponenten, dh . Und hier liegt die Essenz der Quantenmechanik: Sie verbieten dem System nicht, Wege weg von der geringsten Aktion zu erkunden, sondern die wellenartige Natur von unterdrückt diese Pfade durch destruktive Interferenz.
Denken Sie als Beispiel an das Standardproblem eines Teilchens in einem endlichen rechteckigen 1d-Well: Angenommen, das Teilchen hat Energie kleiner als die Tiefe des Brunnens . Dann könnte das Partikel klassischerweise nicht herauskommen, daher sollte seine Flugbahn (gegeben durch das Prinzip der kleinsten Wirkung) unabhängig von der Tiefe des Brunnens gleich sein (solange Natürlich). Quantenmechanisch wissen wir jedoch, dass die Tiefe des Brunnens die Energieeigenzustände beeinflusst . Es muss also eine Möglichkeit für das Quantenteilchen geben, die klassisch verbotene Zone außerhalb des Brunnens zu erkunden, und dies ist in den Zuständen codiert, nicht in den Operatoren.
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Diese Kartoffel ist scharf
Alex Kronleuchter