Da dies eine subtile und interessante Frage für mich ist. Ich werde eine ziemlich detaillierte Beschreibung geben. Ich hoffe, Sie können es weiter lesen und finden es auch interessant.
Der Einfachheit halber gehe ich im Folgenden nur auf das eindimensionale Instanton, also die Quantenmechanik, ein. Die Frage gilt jedoch für allgemeinere Instantons wie BPST-Instanton in Yang-Mills-Theorie. Beginnen wir mit einem einfachen quantenmechanischen Problem wobei das Potenzial der Doppelbrunnen ist, wie folgt dargestellt:
Bezeichnen wir den Zustand, wenn sich das Teilchen am linken und rechten Minima befindet, als und , bzw. Betrachten wir die euklidische Übergangsamplitude:
Das Wegintegral (2) kann nach der Methode des steilsten Abstiegs ausgewertet werden: Erweiterung um die Minima der euklidischen Wirkung . Eines der Minimum der euklidischen Aktion ergibt eine Lösung in der euklidischen Raumzeit (da wir die quantenmechanische Situation diskutieren, ist die euklidische Raumzeit eindimensional):
Beachten Sie, dass es keine klassische Lösung in der Minkowski-Raumzeit gibt
Bis hierhin ist alles in Ordnung. Aber irgendwie interpretieren die Leute das obige Ergebnis als die Tunnelrate vom linken Minimum zum rechten Minimum. Ich weiß, dass es in der ganzen Geschichte noch mehr Dinge gibt. Beispielsweise kann man das Ergebnis Gl.(8) als die exponentielle Unterdrückung erkennen, die man bei einer WKB-Rechnung zur Lösung der stationären Schrödinger-Gleichung erhält und damit die Interpretation rechtfertigen.
Aber was mir häufiger begegnet, ist der Grund, warum wir Gleichung (8) als Tunnelrate interpretieren, weil wir sie zurück zum Minkowski-Ergebnis fortsetzen können. Vielleicht ist die Logik die folgende (Anmerkung: Ich leite diese Logik aus Sätzen ab und sie bedeuten möglicherweise etwas Tieferes. Dies möchte ich in diesem Beitrag diskutieren). Da die Instanton-Aktion gelegentlich unabhängig von ist , wenn wir weiter zurück gehen, formell ersetzen , haben wir immer noch eine solche exponentielle Unterdrückung.
Das Problem ist, dass wir, wie in der Antwort von Qmechanic erklärt, niemals am stationären Punkt anhalten können, der nur ein Teil des vollständigen euklidischen Pfadintegrals ist, die Berechnung durchführen und sagen, schauen Sie, lassen Sie uns jetzt das Ergebnis zurück in den Minkowski fortsetzen Freizeit. Tatsächlich ändert sich der stationäre Punkt selbst gleichzeitig, wenn wir die Zeit drehen. Wenn wir zurück in die Minkowski-Raumzeit rotieren, haben wir überhaupt keinen stationären Punkt, wenn wir immer noch glauben, dass die Positionen reelle Zahlen sind.
Insbesondere im Kontext der Instantonen in der Eichtheorie (mit Wechselwirkungen mit Fermionen). Man kann die folgende Übergangsamplitude in einem Eichfeld-Instanton-Hintergrund berechnen
An diesem Punkt, jetzt ist es wirklich sehr häufig, dass Leute sagen, dies stellt die chirale Verletzung in der realen Minkowski-Raumzeit durch analytische Fortsetzung dar. Aber wie? Wie können wir ein Ergebnis in der Nähe eines euklidischen stationären Punktes zurück in die Minkowski-Raumzeit fortsetzen? Wenn wir die Fortsetzung machen, sollten wir dann gleichzeitig den stationären Punkt selbst fortsetzen, dh das euklidische Instanton zur Minkowski-Raumzeit fortsetzen?
Abschließend meine Frage, wie genau ist das handgeschwenkte Wort „analytische Fortsetzung“ in diesen speziellen Fällen zu verstehen? Ich glaube, dies hat eine Antwort in der Picard-Lefschetz-Theorie.
( aktualisiert am 8. März 2021 ) Ich denke, die meisten meiner Verwirrungen wurden in einem kürzlich erschienenen Artikel arXiv:1905.04236 beantwortet
Meine Frage bezieht sich auf die Tunnelinterpretation der Knicklösung und der euklidischen Übergangsamplitude. Die Leute sagen immer, dass eine Knicklösung beschreibt, dass ein Tunnelprozess vom linken Minimum in der fernen Vergangenheit bis zum rechten Minimum in der fernen Zukunft stattfindet. Dieses Bild ist für mich etwas vage. Die Fragen sind
(1) ist ? Nun, es scheint, dass dies normalerweise durch grobes Argument der Wick-Rotation zutrifft (oder ich habe mich geirrt). Aber selbst es ist wahr, es ist überhaupt nicht gerechtfertigt, es zu haben
(2) Obwohl die Minkowski-Aktion keine klassische Lösung enthält. Es sollte Quantenpfade geben, die aufgrund der Unschärferelation den Energieerhaltungssatz brechen können. Was sind die (dominanten) Quantenpfade im Tunnelprozess? Unsere erste Vermutung könnte sein mit formeller Substitution zurück zur Knicklösung . Aber ist imaginär, also unkörperlich wie die Position . Gibt es eine Interpretation der Knicklösung in der Minkowski-Raumzeit?
TL; DR: Die Titelfrage von OP (v7) zu Instantonen in der Minkowski-Signatur ist physikalisch bedeutungslos. Es ist ein irrelevanter mathematischer Umweg, der Amok läuft. Die Verbindung zur Physik/Natur wird über eine Wick-Rotation des vollständigen euklidischen Pfadintegrals hergestellt, nicht über Teile davon. Innerhalb des euklidischen Pfadintegrals ist es möglich, konsistent über euklidische Instantons zu expandieren, aber es ist bedeutungslos, das Instantonbild zur Minkowski-Signatur zu drehen.
Genauer gesagt sei ein Doppelmuldenpotential gegeben
Die Minkowskische und die euklidische Formulierung sind über eine Wick-Rotation verbunden
Wir haben Feynmans aufgenommen -Vorschrift , um die Konvergenz zu unterstützen und Zweigschnitte und Singularitäten zu vermeiden. Siehe auch diesen verwandten Phys.SE-Beitrag.
I) Einerseits ist die euklidische Zustandssumme/Wegintegral
mit euklidischer Wirkung
und echte reguläre Knick-/Anti-Knick-Lösung
Beachten Sie, dass a priori Raum und Zeit sind reelle Koordinaten im Wegintegral (C). Um das euklidische Pfadintegral (C) über die Methode des steilsten Abstiegs zu berechnen , brauchen wir weder Raum noch Zeit zu komplexisieren. Wir integrieren bereits in Richtung steilster Abstieg!
II) Andererseits ist die entsprechende Minkowskische Zustandssumme/Wegintegral
mit Minkowski-Aktion
und imaginäre singuläre Knick/Anti-Knick-Lösung
Es ist beruhigend, dass die Die Regularisierung stellt sicher, dass das Teilchen an den potentiellen Minima beginnt und endet:
Leider scheint das so ziemlich das einzig Schöne an der Lösung zu sein (H). Beachten Sie, dass a priori Raum und Zeit sind reelle Koordinaten im Wegintegral (F). Wir können die Methode des steilsten Abstiegs nicht direkt anwenden, um das Minkowski-Pfadintegral zu berechnen. Wir müssen die Integrationskontur deformieren und/oder Zeit und Raum auf konsistente Weise komplexisieren. Dies wird durch die Picard-Lefschetz-Theorie und den Lefschetz-Fingerhut geregelt. Insbesondere die Rolle der imaginären singulären Kink/Anti-Knick-Lösung (H) verliert an Bedeutung, weil wir sie nicht sinnvoll perturbativ erweitern können.
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Die explizite (hyperbolische) Tangentenlösung (E) ist eine zu stark vereinfachte Spielzeuglösung. Es verschleiert die Abhängigkeit der endlichen Anfangs- (und End-) Zeit (und ), Moduli-Parameter und Multi-Instantonen. Für Details verweisen wir auf die Literatur.
In den letzten Jahren gibt es ein erneuertes Verständnis der Rolle der analytischen Fortsetzung in Pfadintegralen, siehe die folgende Arbeit von Witten. Die Konsequenzen dieses Verständnisses sind wirklich spannend. Sie erlauben zum Beispiel, die Chern-Simons-Theorie für nicht ganzzahlige Ebenen (wiederum Witten ) zu verstehen.
Die analytischen Fortsetzungstechniken basieren auf der Picard-Lefschetz-Theorie, die im Wesentlichen besagt, dass ein Sattelpunktintegral mit einem konvergenten Integral über einen Zyklus in einem komplexen Raum assoziiert werden kann. Die konvergenten Integrationszyklen sind unter dem Namen Lefshetz-Fingerhüte bekannt.
Die Integration über komplexe Trajektorien wurde bereits bei kohärenten Zustandspfadintegralen angetroffen; siehe zum Beispiel die folgende Arbeit von Stone, Park und Garg . Diese Integrale werden im Phasenraum formuliert, der als Komplexifizierung des Konfigurationsraums betrachtet werden kann.
Was den Fall des Doppelbrunnens betrifft: Bitte sehen Sie sich die folgende Arbeit von Cherman und Ünsal an, in der sie eine Familie analytischer Fortsetzungen der Zeit betrachten:
Eine ausführlichere Erläuterung der Picard-Lefschetz-Theorie und weitere Beispiele finden Sie in der folgenden Dissertation von: Yuya Tanizaki
rauben
QMechaniker
Tyberius
Wein Eld