- عنوان کتاب: The Reasoning of Quantum Mechanics – Operator Theory and the Harmonic Oscillator
- نویسنده: Horst R. Beyer
- حوزه: مکانیک کوانتومی
- سال انتشار: 2025
- تعداد صفحه: 105
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 4.9 مگابایت
این بینش فون نویمان بود که رویکرد انتزاعی هایزنبرگ به مکانیک کوانتومی، که در نهایت به فرمول استاندارد آن منجر شد، پشتیبانی ریاضی خود را در نظریه عملگر (OT)، در نظریه عملگرهای متراکم، خطی و خود الحاقی (DLSO) در فضاهای هیلبرت مییابد. به طور خاص، توصیف و تفسیر نتیجه فرآیند اندازه گیری در نظریه کوانتومی با قضایای طیفی برای DLSO مرتبط است، به عنوان مثال، بخش بخش را ببینید. در ضمیمه
در نتیجه بینش فون نویمان، نظریه کوانتوم علاوه بر مبنای تجربی محکم خود، پایه ریاضی ظریف و عمیقی به دست آورد. به طور کلی، می توان گفت که نظریه کوانتومی بر روی دو پایه جامد، ریاضیات DLSO و آزمایش ایستاده است (شکل 1.1).
متأسفانه، بینشهای فون نویمان به سختی در کتابهای درسی تئوری کوانتومی استاندارد قابل مشاهده است و در نتیجه مانع درک کامل این نظریه میشود. به عنوان مثال، برخلاف آنچه در کتابهای درسی استاندارد ذکر شده است، یک قابل مشاهده در نظریه کوانتومی باید یک DLSO باشد، نه فقط یک DLHO، یعنی یک عملگر با تعریف متراکم، خطی و «هرمیتین».
به طور کلی، DLHO اپراتوری است که می تواند در داخل حاصل ضرب اسکالر فضای پیچیده هیلبرت، از راست به چپ بدون تغییر حرکت کند. به طور دقیق تر، به هر DLHO یک اپراتور الحاقی وجود دارد که آن DLHO را گسترش می دهد. DLSO یک DLHO است که الحاق آن با DLHO منطبق است. خود پیوستگی یک ویژگی قوی است که تضمین می کند که طیف عملگر مورد نظر بخشی از اعداد واقعی و در دسترس بودن قضایای طیفی است که برای تفسیر در نظریه کوانتومی بسیار مهم هستند. وجود مقادیر طیفی غیر واقعی برای مشاهده پذیر قابل قبول نیست. علاوه بر این، با هر عملگر دیفرانسیل جزئی رسمی، به عنوان مثال، عملگری که توابع به اندازه کافی قابل تمایز را به سایر توابع مشابه نگاشت می کند، این سوال پیش می آید که از کدام فضای تابع برای نمایش آن استفاده شود. انتخاب فضای نمایش به طور اساسی بر ویژگی های عملگر حاصل تأثیر می گذارد. در نظریه میدان کوانتومی، به خوبی شناخته شده است که بازنمایی های غیرمعادلی از جبر قواعد جابجایی متعارف وجود دارد که منجر به نظریه های فیزیکی متفاوتی می شود. بنابراین، حداقل در مورد سیستمهای فیزیکی با درجات آزادی بینهایت، مانند سیستمهایی که در نظریه میدان در نظر گرفته میشوند، حتی این مرحله بازنمایی نیز بیاهمیت نیست.
It was von Neumann’s insight that Heisenberg’s abstract approach to quantum mechanics, which eventually lead to its the standard formulation, finds its mathematical support in operator theory (OT), in the theory of densely-defined, linear and self-adjoint operators (DLSO’s) in Hilbert spaces. In particular, the description and interpretation of the result of the measurement process in quantum theory are closely linked to the spectral theorems for DLSO’s, see, e.g., Sect. in the Appendix.
As a consequence of von Neumann’s insight, in addition to its solid experimental basis, quantum theory acquired a subtle and deep mathematical foundation. Roughly speaking, it can be said that quantum theory is standing on2solid legs, the mathematics of DLSO’s and the experiment (Fig. 1.1).
Regrettably, von Neumann’s insights are hardly visible in standard quantum theory text-books, thereby obstructing a complete understanding of the theory. For example, unlike indicated in standard textbooks, an observable in quantum theory needs to be a DLSO, not just a DLHO, i.e., a densely-defined, linear and “Hermitian” operator.
Roughly speaking a DLHO is an operator that can be moved inside the scalar product of a complex Hilbert space, from right to left without change. More precisely, to every DLHO there corresponds an adjoint operator that extends that DLHO. A DLSO is a DLHO whose adjoint coincides with the DLHO. Self-adjointness is a strong property that guarantees that the spectrum of the operator in question is part of the real numbers and the availability of spectral theorems that are crucial for the interpretation in quantum theory. The existence of non-real spectral values observables is not acceptable for observables. In addition, with every formal partial differential operator, i.e., an operator that maps sufficiently differentiable functions into other such functions, there comes the question of which function space to use for its representation. The choice of representation space crucially affects the properties of the resulting operator. In quantum field theory, it is very well known that there are in-equivalent representations of the algebra of canonical commutation rules, leading to physically different theories. So, at least in the case of physical systems with infinitely many degrees of freedom, like those considered in field theory, even this representation step is not trivial.
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: The Reasoning of Quantum Mechanics
نظرات کاربران