مجله علمی تفریحی بیبیس
0

دانلود کتاب مکانیک فضای فاز کلاسیک و کوانتومی

بازدید 10
  • عنوان کتاب: Classical and Quantum Phase Space Mechanic
  • نویسنده: Karim Pierre Yves Thébault
  • حوزه: مکانیک کوانتومی
  • سال انتشار: 2026
  • تعداد صفحه: 96
  • زبان اصلی: انگلیسی
  • نوع فایل: pdf
  • حجم فایل: 2.83 مگابایت

مکانیک، ماده در حال حرکت نیست. بلکه ساختار هندسی در حالت امکان است. بیش از یک قرن، روش اصلی نمایش نظریه مکانیک از طریق فضاهای امکان با ابعاد بالاتر بوده است. در میان این فضاها، فضاهای فاز از همه مهم‌تر هستند. این عنصر در مورد ساختار این فضاها و نحوه‌ای است که این ساختار، نمایش سیستم‌های مکانیکی را ارائه می‌دهد. هدف ما این است که محتوای اصلی ریاضی و فیزیکی مکانیک فضای فاز کلاسیک و کوانتومی را به عنوان مقدمه‌ای برای تحقیقات بنیادی آینده بیان کنیم. در حالی که ما خود را به نمایش فضای فاز در ابعاد محدود محدود می‌کنیم، محتوای این عنصر با مبانی اساساً همه حوزه‌های فیزیک مدرن مرتبط است. هر یک از مکانیک کلاسیک، مکانیک آماری، نظریه کوانتومی و نسبیت عام، فرمول‌بندی‌های فضای فاز را می‌پذیرند و به همین ترتیب، سوالات بنیادی از هر یک از این حوزه‌ها را می‌توان در قالب فضای فاز دوباره فرمول‌بندی کرد. علاوه بر این، نمایش فضای فاز شاید به طور منحصر به فردی در موقعیتی قرار گرفته باشد که ابزارهای رسمی را برای بررسی ارتباط بین نظریه‌های فیزیکی، به ویژه پیچیدگی روابط بین باز و بسته، و نظریه‌های آماری و کوانتومی فراهم کند که یکی از انگیزه‌های اصلی مطالعه ما است. از منظری تاریخی‌تر، شایان ذکر است که گذار به مطالعه نظریه فیزیکی بر حسب فضاهای فاز را می‌توان به عنوان سومین تغییر انقلابی در نظریه فیزیکی درک کرد، که اساساً به همان اندازه مهم و تقریباً همزمان با انقلاب‌های کوانتومی و نسبیت است، اما مورخان و فیلسوفان علم بسیار کمتر آن را مطالعه کرده‌اند. این تحول از روش‌های کمی به کیفی در مطالعه سیستم‌های دینامیکی است که از اواخر قرن نوزدهم تا اواسط قرن بیستم ادامه داشت و به عنوان دستاورد برجسته خود، قضیه مشهور کولموگروف-آرنولد-موزر (KAM) را داشت که تحت شرایط خاص، پایداری حرکات شبه تناوبی را در «بیشتر» حالت‌های اولیه سیستم‌های دینامیکی همیلتونی تحت اختلالات کوچک ایجاد می‌کند (آرنولد، کوزلوف و نیشتات، ۲۰۰۶، §۶.۳). انقلاب کمی به کیفی با مجموعه‌ای از نتایج مربوط به پایداری منظومه شمسی در دهه آخر قرن نوزدهم توسط هنری پوانکاره آغاز شد و در اثر ماندگار او با عنوان «روش‌های جدید مکانیک آسمانی» که در سه جلد بین سال‌های ۱۸۹۲ تا ۱۸۹۹ منتشر شد، گرد هم آمد. جوهره رویکرد کیفی پوانکاره مجموعه‌ای از روش‌های جدید برای مطالعه ویژگی‌های مجموعه راه‌حل‌های یک مسئله مکانیکی بر اساس خواص جریان‌ها در فضاهای فاز بود. همانطور که آبراهام و مارسدن در مقدمه کتاب درسی خود اشاره کردند، این رویکرد کیفی بلافاصله ارتباطی بین خواص فیزیکی مانند پایداری و ساختار هندسی فضای فاز را نشان می‌دهد: [پوانکاره] یک سیستم دینامیکی را به عنوان میدانی از بردارها در یک فضای فاز تجسم کرد که در آن یک راه‌حل، یک مماس منحنی صاف در هر یک از نقاط آن بر بردار در آن نقطه است. نظریه کیفی بر اساس خواص هندسی تصویر فاز است: خانواده منحنی‌های راه‌حل، که کل فضای فاز را پر می‌کنند. برای سوالاتی مانند پایداری، مطالعه کل تصویر فاز، شامل رفتار برای تمام مقادیر پارامتر زمان، ضروری است. بنابراین ضروری بود که کل فضای فاز را به طور همزمان به عنوان یک شیء هندسی در نظر بگیریم… ساختار هندسی ویژه مربوط به وقوع متغیرهای فاز در جفت‌های مزدوج متعارف، یک ساختار سیمپلکتیک است. (آبراهام و مارسدن، ۱۹۸۰، صفحه xviii) یکی از سنگ بناهای کلیدی برای نتایج پایداری پوانکاره، اثبات وجود عمومی یک ناوردای انتگرالی، معادل با فرم حجمی سیمپلکتیک، تحت دینامیک بود (گوروف، ۱۹۹۳، صفحه ۱۷۹). این نتیجه قبلاً توسط لیوویل (۱۸۳۸) و بولتزمن (۱۸۷۱) اثبات شده بود و اکنون به عنوان قضیه لیوویل شناخته می‌شود. این اولین و مسلماً اساسی‌ترین نتیجه مکانیک کیفی است. قضیه لیوویل و شکست آن یکی از سه مضمون به هم پیوسته‌ای خواهد بود که در سراسر این عنصر جریان دارد. دو موضوع دیگر، اولاً، به طور کلی‌تر، مفهوم‌سازی فضاهای فاز به عنوان فضاهای امکان ساختاریافته و ثانیاً، به طور خاص‌تر، ارتباط بین مفاهیم سیستم‌های مکانیکی «باز» و «بسته»، اتلاف و ناهمدوسی، و ایده جریان‌های احتمال و شبه‌احتمال روی فضاهای فاز به عنوان جریان‌های سیال تراکم‌ناپذیر هستند. در حالی که موضوع اول در ادبیات فلسفی مورد بحث محدودی قرار گرفته است، موضوع دوم یک مداخله جدید است و به همین دلیل، این عنصر را می‌توان تا حدی به عنوان یک مونوگراف تحقیقاتی کوتاه که موضع تفسیری جدیدی را در مورد این مباحث ارائه می‌دهد، درک کرد. تمرکز اصلی ما آموزشی است نه دیالکتیک. این عنصر در درجه اول برای محققان و دانشجویان تحصیلات تکمیلی در فلسفه و مبانی فیزیک با علایق در نظر گرفته شده است.

Mechanics is not matter in motion. It is geometric structure in possibility. For more than a century, the principal mode of representation for mechanical theory has been via higher dimensional possibility spaces. Primary amongst these are phase spaces. This Element is about the structure of these spaces and the manner in which this structure affords representations of mechanical systems. Our intention is to set out the core mathematical and physical content of classical and quantum phase space mechanics as a staging post for future foundational investigation. Whilst we confine ourselves to phase space representations in finite dimensions, the content of this Element is relevant to the foundations of essentially all areas of modern physics. Each of classical mechanics, statistical mechanics, quantum theory, and general relativity admits phase space formulations and, as such, foundational questions from each of these areas can be reformulated in phase space terms. Moreover, the phase space representation is perhaps uniquely positioned to provide formal means to explore the connection between physical theories, most significantly the complex of relationships between open and closed, and statistical and quantum theories which is one of the primary motivation for our study. From a more historical perspective, it is worth remarking that the transition to the study of physical theory in terms of phase spaces can be understood to mark third revolutionary change in physical theory, foundationally as important and almost coincident with the quantum and relativity revolutions, but vastly less studied by historians and philosophers of science. This is the transformation from the quantitive to the qualitative methods in the study of dynamical systems that ran from the late nineteenth century to the mid twentieth century and had as its crowning achievement the celebrated Kolmogorov–Arnold–Moser (KAM) theorem which establishes, under certain conditions, the persistence under small perturbations of quasi-periodic motions in ‘most’ initial states of a Hamiltonian dynamical systems (Arnold, Kozlov, & Neishtadt, 2006, §6.3). The quantitive to qualitative revolution was initiated by a series of results concerning the stability of the solar system in the last decade of the nineteenth century by Henri Poincaré and brought together in his monumental Les Méthodes Nouvelles de la Mécanique Céleste (New Methods of Celestial Mechanics) published in three volumes between 1892 and 1899. The essence of Poincaré’s qualitative approach was a set of new methods for the study of features of sets of solutions to a mechanical problem in terms of properties of flows on phase spaces. As noted by Abraham and Marsden in the introduction to their textbook, this qualitative approach then immediately suggests a connection between physical properties such as stability, and the geometric structure of phase space: [Poincaré] visualised a dynamical system as a field of vectors on a phase space, in which a solution is a smooth curve tangent at each of its points to the vector at that point. The qualitative theory is based on geometric properties of the phase portrait: the family of solution curves, which fill up the entire phase space. For questions such as stability, it is necessary to study the entire phase portrait including the behaviour for all values of the time parameter. Thus it was essential to consider the entire phase space at once as a geometric object . . . [The] special geometric structure pertaining to the occurrence of phase variables in canonical conjugate pairs [is] a symplectic structure. (Abraham & Marsden, 1980, p.xviii) One of the key stepping stones to Poincaré’s stability results was his demonstration of the generic existence of an integral invariant, equivalent to symplectic volume form, under the dynamics (Goroff, 1993, p. I79). This result was earlier proved by both Liouville (1838) and Boltzmann (1871) and is now known as Liouville’s theorem. It is the first and arguably most basic result of qualitative mechanics. Liouville’s theorem and its failure will be one of the three interconnected themes that run throughout this Element. The other two themes are, first, more generally, the conceptualisation of phase spaces as structured possibility spaces and, second, more specifically, the connection between the notions of ‘open’ and ‘closed’ mechanical systems, dissipation and decoherence, and the idea of probability and quasi-probability flows on phase spaces as incompressible fluid flows. Whilst the first topic has been subject to a limited discussion in the philosophical literature, the second is a novel intervention, and, as such this Element can be understood, in part, as a short research monograph setting out a novel interpretative stance on these topics. Our main focus is didactic not dialectic. This Element is primarily intended for researchers and graduate students in the philosophy and foundations of physics with an interest in the conceptual foundations of phase space formulations of mechanics. As such, our primary goal is a pedagogical and expository one. An array of formal and conceptual machinery for the analysis of phase space mechanics is introduced and it is hoped that a suitable platform for further studies and research on the topic has been provided.

این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:

Download: Classical and Quantum Phase Space Mechanic 

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاه شما توهین آمیز باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بیشتر بخوانید

X