ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Константин Ропотенко / Запись

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ

amateur
13.02.2008
13:39
Наверное многие обращали внимание на то, что производная оператора в квантовой механике, выраженная через скобки Пуассона, похожа на ковариантную производную вектора в дифференциальной геометрии, выраженную через аффинную связность. Интересно, это случайное внешнее сходство или есть какая-то аналогия?
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

13.02.2008 13:56#
sergeygubanov
Квантовая механика и дифференциальная геометрия

> Наверное многие обращали внимание на то, что производная оператора...

Вы имеете ввиду:

 

> Интересно, это случайное внешнее сходство или есть какая-то аналогия? 

Определённо за всем этим стоит какая-то общая математическая теория нами пока не понимаемая.

13.02.2008 15:16#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Совершенно верно, Сергей.

Да, возможно за этим что-то стоит. А возможно, что это сходство - ложная тревога, confusion, типа того, которому я был свидетель, когда был еще студентом.
Был экзамен по физике. К моему другу, который едва успел списать формулу Больцмана для энтропии, S=klnP, подошел преподаватель и спроcил:
-Раскажите, что стоит у Вас в правой стороне.
-Ну, P- это давление, n - концентрация, а l - длина свободного пробега..., -бодро ответил мой друг.


13.02.2008 13:59#
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
>Наверное многие обращали внимание на то, что производная оператора в квантовой механике, выраженная через скобки Пуассона, похожа на ковариантную производную вектора в дифференциальной геометрии, выраженную через аффинную связность. Интересно, это случайное внешнее сходство или есть какая-то аналогия

Не случайное сходство. Аналогия есть. Как-нибудь потом может быть...
13.02.2008 14:09#
bayak
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Заодно уж расскажите о сходстве классических и квантовых скобок Пуассона.
13.02.2008 14:28#
sergeygubanov
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
> Не случайное сходство. Аналогия есть. Как-нибудь потом может быть...

Мне тоже интересно. Расскажите.
13.02.2008 15:28#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Александр, Ваше заявление о существующей аналогии производит "тягостное впечатление на публику". Я тоже присоединяюсь к просьбе коллег и прошу Вас произвести "разоблачение" :-)

От себя скажу следующее. Если здесь и есть какая-то аналогия, то она возможно связана с такими понятиями как симплектическая геометрия, деформационное и Вейлевское квантование.

Вот отрывок из статьи в Wikipedia Symplectic geometry
http://en.wikipedia.org/wiki/Symplectic_geometry

Symplectic geometry has a number of similarities and differences with Riemannian geometry, which is the study of differentiable manifolds equipped with nondegenerate, symmetric 2-tensors (called metric tensors). Unlike in the Riemannian case, symplectic manifolds have no local invariants such as curvature. This is a consequence of Darboux's theorem which states that a neighborhood of any point of a 2n-dimensional symplectic manifold is isomorphic to the standard symplectic structure on an open set of R2n. Another difference with Riemannian geometry is that not every differentiable manifold need admit a symplectic form; there are certain topological restrictions. For starters, the manifold must be even-dimensional. Much work in symplectic geometry and topology has centered around investigating which manifolds admit symplectic structures.
15.02.2008 11:12#
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
>Александр, Ваше заявление о существующей аналогии производит "тягостное впечатление на публику"

Извините ради бога. У меня не постоянный доступ к инету. А вообще я имел в виду крайне простую вещь. Это ничто иное, как производная, ковариантная по отношению к унитарному преобразованию операторов с помощью оператора эволюции. Сделаете вы эволюцию до диффиренцирования или после -- ответ один. А вот для обычной производной этот номер не проходит. Что, в частном случае, совершенно очевидно если оператор явно не зависит от времени.

Связь классическихи квантовых скобок Пуассона ИМХО наиболее ясна в ли-алгебраическом подходе. Это просто разные представления одной и той же алгебры Ли. Могу рекомендовать пару книжек Переломова. Одна "квантовая", другая "классическая" Квановая это что-то вроде "Обобщенные когерентные состояния..." а название "классической" забыл, извините.

Некоторые идеи можно понять из крайне простой задачки. Представте себе, что у вас есть N (конечное) операторов, причем их коммутаторы есть линейная комбинация все тех же N операторов. Далее пусть гамильтониан тоже есть линейная комбинация этих N операторов (даже можно с коэффициентами, зависящими от времени). Тогда нет проблем выразить гейзенберговские операторы для произвольного момента времени, через начальные для t=0. Надо будет лишь решить систему линейных (!) дифуравнений ДЛЯ ЧИСЕЛ.

Точно то же самое проходит и в классике. Лишь с заменой коммутатора на скобку Пуассона. Если система с N степенями свободы а у вас есть 2N наблюдаемых, дающих в результате попарной скобки Пуассона линейную комбинацию исходных наблюдаемых, то и траекторию тоже легко найти. Ведь динамика 2N наблюдаемых находится из сист. линейных дифур. а набор этих наблюдаемых однозначно (за исключением "патологии") фиксирует точку фазового пространства.

Вообще даже эти элементарные соображения уже иногда помогают решать реальные физ. задачи. У меня случалось:-)
15.02.2008 16:22#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
> А вообще я имел в виду крайне простую вещь. Это ничто иное, как производная, ковариантная по отношению к унитарному преобразованию операторов с помощью оператора эволюции.

Александр, это не совсем простая вещь и Вы молодец, что увидели это. Единственное место, где я встречал подобную мысль - книга Горбацевича Квантовая механика в общей теории относительности. К сожалению, я не смог найти в ней ответы на все вопросы, которые меня интересовали, в частности
1) является ли Гильбертово пространство квант мех-ки римановым многоообразием
2) является ли пространство эрмитовых операторов римановым многообразием
3) существует ли кривизна в этих пространствах
4) явное выражение для аффинной связности и кривизны.

По поводу вопросов 1)-3) хочу сказать следующее. Гильбертово пространство волновых функций эвклидово. Поэтому "кривизны" здесь, по-видимому, нет. В отношении пространства операторов не знаю (см. у фон Неймана). Что же касается вопроса 4), то, как Вы знаете, аффинная связность можеть быть отличной от нуля даже в эвклидовых пространствах (в криволинейных координатах). Горбацевич, как я сказал, не приводит явного выражения для аффинной связности. У него связность подчиняется только одному условию: эрмитово сопряженная связность равна связности с обратным знаком. К сожалению я не смог подобрать физически приемлемую матрицу под это условие.

Еще раз больщое спасибо за комментарий и информацию.

15.02.2008 17:42#
sergeygubanov
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Как это Гильбертово пространство может являться Римановым многоообразием? Это же разные вещи...
19.02.2008 09:49#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Сергей, пожалуйста, не удивляйтесь: я плохо разбираюсь в этом вопросе.
13.02.2008 17:40#
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Книга -- К.Ланцош. "Вариационные методы классической механики."

Восьмая глава.
13.02.2008 18:34#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Константин, большое спасибо за ссылку. К сожалению, книга мало что прояснила для меня. Во-первых, это классическая механика. Во-вторых, я так и не нашел ответа на свой вопрос: чему соответствует аффинная связность в классической механике? Имеет ли квантовая механика "кривизну"?

Из моего предыдущего комментария по поводу симплектической геометрии взятого из Wikipedia ясно, что понятия локальной кривизны фазовое пространство, по крайней мере классических переменных p и q, не имеет. Однако, оно может иметь отличные от нуля коэффициенты Кристоффеля (даже в эвклидовом случае).
13.02.2008 20:28#
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Может я несовсем вас понимаю, но по-моему как раз в 8 главе говорится о связи классической и волновой механики в п.8 и о геометрическом толковании в п.9.
14.02.2008 09:58#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Да, Константин, Вы правы, говорится. Но для меня это не легче, чем непосредственно проверить аналогию между скобками Пуассона и символами Кристоффеля.
14.02.2008 08:44#
bayak
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Константин, а Вы не задавались вопросом о геометрических корнях симплектической структуры классической механики? Было бы забавно придумать такую модельку, в которой симплектическая структура получалась бы из динамики некой геометрической модели.
14.02.2008 10:09#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Нет, Игорь, над этим я не думал. Мой интерес связан с одним частным наблюдением и одним частным вопросом: имеются ли в математической структуре квантовой механики такие диффгеометрические конструкции как связность и кривизна?
14.02.2008 13:49#
bayak
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Понятно. Замечу только, что если скобка Пуассона, образованная векторными полями a,b ортогональными единичному векторному полю n, ортогональна n, то n будет голономным векторным полем, которое допускает представление полем нормалей некоторого семейства поверхностей.
14.02.2008 14:39#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Игорь, спасибо за информацию.
14.02.2008 14:23#
a-xandr
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Автор: Константин Ропотенко (amateur)
> я так и не нашел ответа на свой вопрос: чему соответствует аффинная связность в классической механике? Имеет ли квантовая механика "кривизну"?

Ответ:
Я не знаю, какую связь имеет скобка Пуассона с аффинной связностью (просто не возникал такой вопрос и потому не могу ответить ни да, ни нет). А вот на конкретные вышеприведенные вопросы ответить, кажется, могу. (К сожалению, чтобы толково объяснить, нужно приводить много формул, а у меня не получается).

>«Чему соответствует аффинная связность в классической механике?»

Соответствует переносу вектора по криволинейной траектории. При этом возникают дополнительные члены соответствующие либо связностям Риччи (при плоской криволинейной траектории, когда вектор лежит в плоскости и не вращается около кривой), либо связностям Кристоффеля (при пространственной кривой, когда при переносе вектор дополнительно испытывает вращение вокруг линии траектории).

> «Имеет ли квантовая механика "кривизну"?»
Да, как ни странно, имеет, и очень тесную.

Райдер, Л. (1987). Квантовая теория поля. М., Мир,. Стр. 140.
«Ковариантная производная (контравариантного) вектора имеет вид (см. отдельно, как картинку)
.
Величины , которые называются "коэффициентами связности" очевидно, играют роль, подобную роли векторных потенциалов . Название коэффициентов связности соответствует тому, что они связывают компоненты вектора в одной точке с его компонентами в соседней точке, из которой вектор перемещен путем параллельного переноса, как это описано выше. В связи с данной аналогией некоторые физики называют величины связностями».

(Здесь речь идет о теории Янга-Миллса и потому о векторных потенциалах-матрицах, но то же самое имеет место и в теории Дирака, только это будут, как я сказал, коэффициенты Риччи и обычные потенциалы, а не матрицы).

Мне не хочется отсылать Вас к своим работам (поскольку к новым теориям относятся с большим недоверием, это ставит меня в дурацкое положение), но там все это приведено подробно. Так что, если хотите, посмотрите на http://www.yurishestopalov.com/ в домене «Кирьяко» водную статью с обзором соответствующих работ, а также главы 2 и 7 книги (там показано появление в КМ коэффициентов связности Риччи и Кристоффеля соответственно). Там же есть подробная литература по этим вопросам.
Иллюстрации :
14.02.2008 15:14#
amateur
Квантовая механика и дифференциальная геометрия
Александр, большое спасибо за информацию. Что касается Ваших материалов на сайте, то я не могу их сейчас прокомментировать, поскольку Ваш сайт что-то очень долго грузится.
Вы правы в отношении связности и кривизны в теориях Янга-Миллса. Это действительно удивительные и красивые аналогии. Однако, как я уже говорил, мой частный вопрос касался возможной аналогии между производной оператора по параметру в квантовой механике и ковариантной производной вектора в диффгеометрии.


Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 654

Пользователей
в системе: 2784

Всего записей
и комментариев: 50250

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 18

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия