Physikalische Interpretation der Retardierten vs. Feynman-Propagatoren?

Wir berechnen den Real-Space-Propagator Δ ( X ) für ein freies reelles Skalarfeld φ ( X ) mit Masse M durch Ausführen der Fourier-Transformation (unter Verwendung der Vorzeichenkonvention +---)

Δ ( X ) = D 3 k D ω ( 2 π ) 4 e ich k X k 2 M 2

Je nachdem, ob wir die Integrationskontur für die verformen ω integral an den gleichen oder gegenüberliegenden Seiten der beiden Pole an ω = ± k 2 + M 2 erhalten wir entweder den retardierten oder den Feynman-Propagator (oder den fortgeschrittenen oder den anti-zeitgeordneten Propagator, aber ignorieren wir diese beiden Optionen).

Aus dem Wikipedia-Artikel über Propagator ist der verzögerte Propagator

G ret ( X ) = ich [ φ ( X ) , φ ( 0 ) ] Θ ( X 0 ) = 1 2 π δ ( τ 2 ) M J 1 ( M τ ) 4 π τ

Wenn X innerhalb des zukünftigen Lichtkegels des Ursprungs liegt, und ansonsten null, wo Θ ist die Stufenfunktion, δ die Dirac-Delta-Funktion, τ die richtige Zeit X X , Und J 1 die Bessel-Funktion. Der Feynman-Propagator ist

G F ( X ) = ich T φ ( X ) φ ( 0 ) = { 1 4 π δ ( S ) + M 8 π S H 1 ( 2 ) ( M S ) Wenn  S 0 ich M 4 π 2 S K 1 ( M S ) Wenn  S < 0 ,

Wo T ist das Zeitordnungssymbol, S das Raumzeitintervall X X , H ( 2 ) die Hankel-Funktion und K 1 die modifizierte Bessel-Funktion.

Betrachtet man die Erwartungswerte der Operatoren, so ist klar, dass der Feynman-Propagator der richtige ist, um Wahrscheinlichkeiten für die Ausbreitung von Vergangenheit zu Zukunft zu berechnen. Aber wenn man sich die tatsächlichen Funktionsausdrücke ansieht, G ret "sieht" naiverweise kausal korrekter aus, weil es außerhalb des Lichtkegels verschwindet, wie wir es naiverweise für einen Teilchenpropagator erwarten würden. (Ich weiß, ich weiß, die raumartigen Korrelationen zerfallen exponentiell und verletzen die Kausalität nicht wirklich, weil sie keinen kausalen Einfluss übertragen können usw. usw.)

Hat der retardierte Fortpflanzungsorgan G ret eine physikalische Bedeutung haben? Ich verstehe, warum die Lokalität es erfordert G ret ( X ) 0 für X außerhalb des Lichtkegels, aber es scheint ein bisschen seltsam, dass wir, sobald wir dies durchgesetzt haben, seinen Wert innerhalb des Lichtkegels vollständig ignorieren. Aber ich weiß nicht, wie ich das interpretieren soll φ ( 0 ) φ ( X ) Teil von G ret Wenn X 0 ist positiv.

Antworten (1)

Die Faltung G R e T F des verzögerten Vermehrers G R e T mit Quellterm F die hinreichend weit in der Vergangenheit verschwindet, ist die eindeutige Lösung der inhomogenen Klein-Gordon-Gleichung mit Quellterm F die in der fernen Vergangenheit verschwindet. Es ist notwendigerweise eine nichttriviale Überlagerung positiver und negativer Energielösungen zu allen Zeiten, in denen sie nicht identisch Null ist, gerade weil sie außerhalb des zukünftigen Lichtkegels des Trägers verschwindet F .

Die Faltung G F F des Feynman-Propagators G F mit Quellterm F die außerhalb eines begrenzten Raum-Zeit-Bereichs verschwindet, ist ihrerseits eine Lösung der inhomogenen Klein-Gordon-Gleichung, die von positiver Energie außerhalb des vergangenen Lichtkegels getragen wird F (dh in ferner Zukunft) und von negativer Energie außerhalb des zukünftigen Lichtkegels der Unterstützung F (dh in der fernen Vergangenheit). Aus diesem Grund kann es anders als in keinem nicht-leeren offenen Bereich der Raumzeit verschwinden G R e T F .

Die Beziehung zwischen der Orts-Raum-Unterstützung und der Impuls-Raum-Unterstützung von G R e T Und G F kann als Folge der Unschärferelation angesehen werden, die die Bereiche einschränkt, in denen eine Verteilung im Orts- und Impulsraum (letzteres nach einer Fourier-Transformation) verschwinden kann.

Danke, das ist hilfreich. Aber was ist die physikalische (und nicht die mathematische) Interpretation von G ret in Bezug auf Teilchen- oder Antiteilchenausbreitung?
Ich finde es schwierig, eine physikalische Interpretation von anzubieten G R e T in Bezug auf Quantenteilchen . Es ist ein von Natur aus klassisches Objekt in folgendem Sinne: Wenn Sie ein Quanten-Klein-Gordon-Feld mit einer klassischen externen Quelle koppeln, die in der fernen Vergangenheit verschwindet und das Vakuum als Ihren „In“-Zustand verwendet, ist Ihr Zustand nach der Quelle „ eingeschaltet" wird ein kohärenter Zustand sein (daher mit einer unbestimmten Teilchenzahl), so dass die Einpunktfunktion in diesem Zustand die inhomogene Klein-Gordon-Gleichung mit derselben Quelle erfüllt.
Sie können sehen, dass der obige Mechanismus in der Bloch-Nordsieck-Näherung zur (skalaren) QED in die entgegengesetzte Richtung wirkt, was dazu führt, dass einer der Pole des skalaren Feldpropagators „umgekehrt“ gedreht wird und ihn verzögert Verbreiter. Als Ergebnis entwickelt sich der (weiche) Photonensektor aus dem Vakuum in einen photonenkohärenten Zustand, der der Infrarotwolke entspricht. Dies geschieht, weil die Quantenphotonen aufgrund ihres modifizierten Propagators beginnen, das Skalarfeld als klassische Quelle zu sehen. Dasselbe passiert natürlich in Spinor QED.