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为什么非相对论的量子力学是一阶微分方程?

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为什么非相对论的量子力学是一阶微分方程,而相对论的标量场和矢量场是阶微分方程?相对论的旋量场却又是一阶微分方程?
一阶微分方程只需要知道一个初始条件即可求解,而二阶微分方程需要知道两个初始条件才能求解。
问题主要在于:
1.经典牛顿力学是二阶的,而非相对论性的量子力学却是一阶的,这里面难道没有什么矛盾么?为什么非相对论性量子力学中可以不用知道一阶导数的初始条件就能决定系统呢?
2.在相对论性量子力学中,标量场和矢量场满足KG方程,也就是说是时间二阶的偏微分方程,需要知道两个初始条件才能求解,这与非相对论的情况相比显然要多知道一些什么东西,到底要是知道什么东西呢?
3.为什么相对论性的费米子依然只是一阶方程,为什么对于费米子而言,就不需要知道额外的初始信息呢?


IP属地:广东1楼2015-05-15 07:42回复
    薛定谔方程也是一阶的。在任何基础级的动力学中,基本方程都是状态函数和状态变化率的函数关系。量子系统的状态只由波函数描述,因此动力学方程只需要到一阶(波函数的变化率)。但经典力学不同,除了位置之外,速度也是粒子“状态”的一部分,因此基本方程中包含加速度(二阶导数)。


    3楼2015-05-15 08:44
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      啊,我一直以为世界上并没有真的满足K-G方程的东西。
      当初大家发现K-G方程中的解不正定,然后狄拉克就想找出一个一阶方程狄拉克方程。
      狄拉克方程的解都满足K-G方程,而反过来则未必。也就是说,新方程把解的范围缩小了。
      新方程的缩小范围的解都是正定的。
      所以说K-G方程多出来的信息就是很多无效解....


      4楼2015-05-15 12:12
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        Schrodinger方程是二阶的好吧…


        IP属地:辽宁来自iPhone客户端5楼2015-05-16 22:10
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          正则量子化嘛以及薛定谔方程本身就是基本定律,这样能与分析力学对应,相对论有相对论的对应


          IP属地:四川来自Android客户端6楼2015-05-17 10:31
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            所有的能量本征态由能量本征值唯一确定了其演化,而不需要一阶信息,而这又是能量算符必然导致的,而能量算符又是德布罗意假设必然导致的。注意这里默认了能量不随时间变化,能量守恒也保证了归一系数不变。所以归结为德布罗意假设+能量守恒。


            来自手机贴吧7楼2015-05-17 11:20
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              赵光达_量子场论讲义 第4章


              9楼2015-05-17 12:40
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                实际上你这个问题算不上一个问题。你要是知道D膜动力学,也就是Dirac Born Infield作用量。你会发现实际上基本粒子场的运动方程可以是任意多阶的。只不过相对论性的场论只是它的leading order. 理论本身并不能说明为什么运动方程必须是几阶。


                IP属地:辽宁来自iPhone客户端10楼2015-05-17 19:44
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                  从算符量子化的意义上说,任何量子力学都可以写成薛定谔方程的形式,所以任何量子力学都是态对时间的一阶求导等于哈密顿量作用在态上。
                  比方说scalar的场论,你觉得是二阶导。但那是路径积分下的表述。用算符量子化的表述的话,你要先定义canonical momentum field \Pi,然后做 Legendre transf 得到 H(\Pi, \Psi),然后你就可以用薛定谔方程了。
                  所以,这里所谓的二阶,是指某些“场量算符”的二阶求导,这没什么关系,几阶都是有的(比如在non-linear sigma model里)。但是,“态”的时间求导永远是一阶。
                  所以这个一阶二阶,描述的是不同的东西的求导。


                  IP属地:北京12楼2015-05-22 12:08
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                    薛定谔方程对时间一阶 对空间二阶


                    IP属地:澳大利亚来自Android客户端14楼2015-05-22 19:52
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