Как мы измеряем i[ϕ^(x),ϕ^(y)]i[ϕ^(x),ϕ^(y)]i[\hat\phi(x),\hat\phi(y)] в КФТ?

Какая операционная процедура необходима для измерения я [ ф ^ ( Икс ) , ф ^ ( у ) ] во взаимодействующей (или невзаимодействующей) КТП? [предположим размазывание по тест-функциям, или дадим ответ в пространстве Фурье, для я [ ф ^ ~ ( к ) , ф ^ ~ ( к ) ] , на ваш вкус; дать индексы электромагнитного поля ф ^ ( Икс ) и перенести вопрос в КЭД, если случай скалярного поля кажется существенно нереальным].

В невзаимодействующей КТП я [ ф ^ ( Икс ) , ф ^ ( у ) ] является c-числом, но во взаимодействующей КТП оно, предположительно, может быть наблюдаемой, независимой от ф ^ ( Икс ) и ф ^ ( у ) . Однако как мы его измерим? Если мы не можем его измерить, действительно ли он выбран по соглашению?

Ответ, описывающий (операционную) разницу между А "=" ф ^ ( Икс 1 ) . . . ф ^ ( Икс я ) ф ^ ( Икс я + 1 ) . . . ф ^ ( Икс н ) и Б "=" ф ^ ( Икс 1 ) . . . ф ^ ( Икс я + 1 ) ф ^ ( Икс я ) . . . ф ^ ( Икс н ) может быть одинаково хорош (хотя А А и Б Б ).

Как всегда, ссылка не помешала бы.

РЕДАКТИРОВАТЬ: после ответа Любоша и, в частности, его комментариев, за что еще раз спасибо, я [ ф ^ ( Икс ) , ф ^ ( у ) ] равен нулю, если Икс у пространственноподобно как в невзаимодействующих, так и во взаимодействующих квантовых полях. Если квантовое поле ф ^ ( Икс ) является основой для эмпирически адекватной квантовой теории, операторов измерения во времяподобном отделении от данной пространственноподобной гиперплоскости во времени т в принципе может быть выражена как нетривиальная функция поля и импульса поля в момент времени т , ф ^ ( у ) "=" [ ф ^ ( т , Икс ) ф т ( Икс ) + π ^ ( т , Икс ) г т ( Икс ) ] г 3 Икс , для двух функций ф т и г т , которые для данной теории определяются лагранжианом. Учитывая множество неявных предположений, измерение коммутатора я [ ф ^ ( т , Икс ) , ф ^ ( у ) ] "=" г т ( Икс ) (потому что [ ф ^ ( т , Икс ) , π ^ ( т , у ) ] "=" я дельта 3 ( Икс у ) ) эквивалентно измерению г т ( Икс ) . Если мы также измерим я [ π ^ ( т , Икс ) , ф ^ ( у ) ] , мы можем определить (или, по крайней мере, существенно ограничить) лагранжиан. Если мы не знаем лагранжиана , то представляется желательным иметь оперативный способ измерения я [ ф ^ ( Икс ) , ф ^ ( у ) ] чтобы измерить лагранжиан (вместо обычного подхода угадывания лагранжиана и наблюдения за тем, насколько близки последующие предсказания к измерениям; случайность этого процесса является чем-то вроде кризиса в HEP). Я был бы рад комментариям по этому поводу или ответу, который учитывает этот РЕДАКТИРОВАТЬ. В качестве альтернативы, операционный подход к измерению лагранжиана неявно будет измерением, в принципе, я [ ф ^ ( Икс ) , ф ^ ( у ) ] ; Что-то подобное существует?

отличный вопрос -

Ответы (1)

Не думаю, что будет какое-то нетривиальное упоминание о гипотетической процедуре, потому что недоразумение, похоже, кроется в самом вопросе.

В квантовой теории поля [ ф ( Икс ) , ф ( у ) ] "=" 0 для пространственно-разделенных Икс , у , в силу лоренц-инвариантности. Эта идентичность является идентичностью оператора. Итак, вы действительно спрашиваете, какова операционная процедура для измерения значения оператора, равного нулю. Правильный способ измерить его — набраться смелости, ничего не делать и сказать, что результат равен нулю, потому что это единственное собственное значение этого оператора.

Если Икс , у времениподобны (или светоподобны, что является маргинальным случаем) разделены, коммутатор отличен от нуля. Но действительно бессмысленно говорить об измерении разноупорядоченных операторов в разное время. Под измерением в квантовой механике понимается измерение конкретного оператора в фиксированное время, и когда мы рассматриваем последовательность измерений, порядок слева направо коррелирует с их порядком во времени, потому что измерения операторов при увеличении т действуют на кет-векторы один за другим. Именно поэтому, например, С матрица может быть записана как упорядоченная по времени экспонента интегрированного гамильтониана.

С физической точки зрения имеет смысл размещать операторы в точках прошлого справа от произведения, а операторы из точек будущего — слева, при условии, что мы вычисляем некоторый оператор эволюции, готовый воздействовать на кет-векторы (для бра-векторов это наоборот, как видно из простого эрмитова сопряжения). Алгебраически говоря, противоположно упорядоченные произведения также имеют смысл, но они не соответствуют какой-либо процедуре.

Можно было бы сказать об одном исключении: если вы на самом деле хотите измерить не собственное значение коммутатора, а просто математическое ожидание коммутатора элементарных полей, форму пропагатора, то «запаздывающий коммутатор» (запаздывающий означает «с тета-функция, обеспечивающая правильный временной порядок»), может быть измерена как функция отклика. Один возмущает оператор в начальный момент времени и измеряет, насколько он меняет значение оператора на конечном срезе. Оценивается только изменение ожидаемого значения, и таким образом можно получить ожидаемое значение запаздывающего коммутатора.

Если Икс , у были пространственно-подобно разделены, но коммутатор был отличен от нуля, например, из-за того, что симметрия Лоренца была бы нарушена, коммутатор все равно был бы равен некоторому конкретному оператору, который может быть выражен как функционал некоторых «базовых» операторов. Все эрмитовы операторы в квантово-механической теории являются законными наблюдаемыми, которые можно измерить. Если вы хотите, чтобы я описал конкретное устройство и процедуру для измерения ценности оператора, того, что устройство должно делать и т. д., вы должны точно сказать мне, какую теорию вы рассматриваете, потому что устройства для измерения чего-либо действительно зависят от фактической теории. (т.е. его гамильтониан).

Эти дополнительные данные, которые вам придется добавить, описывают, конечно, гипотетическую ситуацию, потому что в нашем мире коммутатор пространственноподобно-разделенных операторов обращается в нуль. Теория, в которой он не исчезнет, ​​будет нелокальной, поэтому интуиция во Вселенной, описываемая этой другой гипотетической теорией, будет отличаться от правильной интуиции в нашей Вселенной, особенно когда речь идет о таких вещах, как описание положения объектов ( что в любом случае не очень полезное понятие, если теория нелокальна).

Вы спрашивали о способах измерения ценности того или иного оператора. 0 что было банально. Но, может быть, вы хотели задать другой вопрос: как мы эмпирически докажем, что коммутатор равен нулю, т.е. как мы докажем это конкретное следствие локальности. Что ж, мы могли бы доказать, что коммутатор отличен от нуля, как и для операторов Икс , п которые появляются в принципе неопределенности: измерение одного из них неизбежно возмущает другое. Если измерение ф ( Икс ) нарушило распределение результатов, полученных при измерении ф ( у ) , коммутатор был бы ненулевым.

Однако измерить фактическое значение оператора, равного коммутатору, довольно сложно. В общем, оператор [ ф ( Икс ) , ф ( у ) ] не коммутирует ни с ф ( Икс ) ни с ф ( у ) . Дело Икс п п Икс "=" я является своего рода особенным, потому что коммутатор представляет собой с -число. Поскольку коммутатор является полностью независимым оператором от ф ( Икс ) и ф ( у ) , процедура его измерения, разумеется, совершенно независима от измерения ф ( Икс ) и ф ( у ) . В частности, если мы хотим измерить я ( Икс п п Икс ) , правильный способ снова ничего не делать, потому что правильное значение всегда .

Это еще одно важное заблуждение, которое имплицитно содержится в вашем вопросе. Вы, кажется, полагаете, что измерение коммутатора или произведения нескольких операторов может быть получено путем измерения отдельных факторов в коммутаторе или произведении. Но это совсем не так. Возьмем простой пример я [ Дж Икс , Дж у ] / . Как вы измеряете значение этого оператора, равного коммутатору? Измерение Дж Икс и Дж у бесполезно, потому что коммутатор на самом деле равен Дж г , третий и полностью самостоятельный компонент! Классическая наблюдаемая, соответствующая коммутатору, не является функцией наблюдаемых, входящих в коммутатор! В общем, это совсем другой оператор, только измерять его можно совсем по другой методике.

Есть еще одна вещь, которую вы, возможно, хотели затронуть: ситуация, в которой Икс , у равны или очень близки друг к другу, так что некоторый ненулевой член может возникать из-за коммутатора, подобного дельта-функции (или, возможно, из-за некоторых поправок или перенормировок квантовой петли, как видно в эффективном действии и т. д.). Связать поля с реальными аппаратами всегда сложно, потому что идентичность полей в теории поля (или любой теории) определяется только переопределением поля (которое может быть нелокальным) и так далее. Таким образом, без определенного соглашения о том, что вы подразумеваете под полями, что также подразумевает, что вы можете точно вычислить, что такое коммутатор, бессмысленно задавать такие тонкие вопросы. Когда вы говорите о ф ( Икс ) , вы должны использовать какую-то конкретную схему соглашений и т. д., поэтому вы больше не говорите о практически выполнимых вещах. Если вы хотите оперативный ответ, вам нужно сформулировать вопрос и оперативно.

Во всяком случае, даже в этом случае ненулевого коммутатора из близлежащих Икс , у , основные пункты текста выше остаются в силе. Измерение коммутатора совершенно не зависит от измерения операторов, коммутатор которых вычисляется. А если коммутатор с -число (что всегда имеет место, например, когда есть только непроизводные взаимодействия), процедура измерения состоит в том, чтобы «ничего не делать».

Последний комментарий. Мне также кажется, что у вас неправильное представление о фактическом значении коммутатора в обычных взаимодействующих КТП. В Стандартной модели все перенормируемые члены взаимодействия не производны — они полиномиальны полям, но не зависят от производных полей. Поэтому, если вы вычисляете канонические импульсы как производную от лагранжиана по производным полей по времени, члены взаимодействия вообще ничего не дадут (поскольку в лагранжиане взаимодействия нет производных по времени)! Таким образом, одновременные коммутаторы в Стандартной модели точно такие же, как и в пределе невзаимодействия Стандартной модели.

Времяподобно-разделенные (неравновременные) коммутаторы, конечно, подвержены взаимодействиям, но продукты, которые не упорядочены должным образом во времени, не соответствуют какой-либо операционной процедуре.

Кажется, я впервые столкнулся с Любошем в полную силу. Я не понимаю, как может быть, что "говорить об измерении разноупорядоченных операторов в разное время действительно бессмысленно", учитывая, что HEP - это про изменяющиеся во времени сигналы, которые затем подвергаются различным алгоритмам анализа сигналов (хоть и специальные способы используются для извлечения временных характеристик событий из изменяющихся во времени токов ПЗС и т. д.). «Измерение в квантовой механике должно быть измерением конкретного оператора в фиксированное время»: значит, КМ не может моделировать измерения в разное время?
Дорогой Питер, "то есть QM не может моделировать измерения в разное время?" Он может. Операторы можно измерять в произвольное время, но только в хронологическом порядке. Сначала измеряют оператора в более раннее время, а затем измеряют другого оператора в более позднее время. Более ранний оператор действует на кет как первый, поэтому он находится в правой части, а более поздний оператор действует позже, поэтому он находится в левой части произведения. Нет смысла спрашивать, как вы делаете два измерения в обратном порядке. Порядок измерений однозначно определяется порядком аргументов т я .
В своем последнем абзаце вы предполагаете, что я «полагаю, что измерение коммутатора или произведения нескольких операторов может быть получено путем измерения отдельных факторов в коммутаторе или произведении». Я полагаю, что во взаимодействующей КТП [коммутатор] предположительно может быть наблюдаемым, независимым от ф ^ ( Икс ) и ф ^ ( у ) ", чтобы сказать иначе.
Во всяком случае, основная проблема с вашим вопросом заключается в том, что вы, кажется, предполагаете, что измерение произведения операторов или коммутатора операторов может быть сведено к измерению отдельных операторов и некоторым манипуляциям с результатами. Но это не так, потому что операторы, равные коммутаторам, не являются функциями исходных операторов в классическом смысле. Чтобы измерить коммутатор, нужно провести совершенно другое измерение, которое обычно не имеет ничего общего с измерениями наблюдаемых, появляющихся в коммутаторе.
За исключением того, что временной порядок делает алгебру операторов коммутативной алгеброй (а не С -алгебра, если мы также не введем антивременной порядок).
Уважаемый Петр, по поводу Вашего "я полагаю, что... можно сказать иначе" это тоже некорректно. Я также добавил объяснение этого в ответ. Одновременные коммутаторы в КТП, таких как Стандартная модель, совершенно не подвержены влиянию взаимодействий. Члены взаимодействия добавляют ноль к одновременным коммутаторам, потому что перенормируемые взаимодействия в Стандартной модели являются непроизводными членами, которые, следовательно, вообще не меняют формулы для канонических импульсов. Так что вы ошибаетесь, говоря, что взаимодействия что-то меняют.
«Чтобы измерить коммутатор, нужно провести совершенно другое измерение, которое обычно не имеет ничего общего с измерениями наблюдаемых величин, появляющихся в коммутаторе». Верно! Да! И это мой вопрос! Что это за измерение, которое не относится ни к полю, ни к его импульсу?
Дорогой Питер, я думаю, что уже трижды ответил на твой вопрос. Коммутаторы двух операторов всегда являются некоторыми функционалами от «базовых операторов», таких как поля и их скорости (или канонические импульсы); нет ничего «третьего», от которого они могли бы зависеть. И на самом деле коммутаторы с одинаковым временем между любыми операторами в СМ-подобных КТП полностью идентичны коммутаторам, которые вы получаете в свободных теориях, где вы просто отбрасываете гамильтониан взаимодействия. В этой оценке нет ничего нетривиального ожидания.
Извините, если я ошибаюсь, но вы можете неправильно понять, как коммутаторы определяются в процессе квантования. Для лагранжианов, которые зависят не более чем от первых производных, записываются некоторые координаты, охватывающие конфигурационное пространство, и их скорость. Они полностью задают начальные условия. Канонические импульсы л / ( т Икс я ) . [ Икс , Икс ] и [ п , п ] коммутаторы исчезают, а [ Икс я , п Дж ] "=" я дельта я Дж . Эти правила верны даже для взаимодействующих КТП.
Если бы у вас была КТП без явного лагранжиана, как, например, минимальные КТП двумерной модели, то нельзя было бы вычислять коммутаторы никакими методами, основанными на классическом пределе. Но остались бы квантово-операторные формулы, определяющие коммутаторы операторов через какие-то другие операторы из полного базиса возможных локальных полей. Они будут закодированы в OPE.
«За исключением того, что временной порядок делает алгебру операторов коммутативной алгеброй (а не C⋆-алгеброй, если мы также не вводим антивременной порядок)». - Коммутатор с временным порядком внутри действительно бессмысленен; Я не защищаю ничего подобного. Я просто говорю, что если есть процесс, который что-то делает с Икс ( М о н г а у ) и с Д ( Т ты е с г а у ) , затем Икс будет манипулировать за один день до Д , и если манипуляции выражаются в виде измерений или операций, выполняемых с кет-вектором, Икс будет неизбежно на правой стороне от Д .
Коммутатор Икс ( М о н г а у ) и Д ( Т ты е с г а у ) отличен от нуля — вам не нужна квантовая теория поля, чтобы обсуждать эти вещи, достаточно любой квантовой теории времени со временем — но она не соответствует никакой операции, выполняемой с простыми полями, расположенными на срезах понедельника и вторника. Более того, если говорить об операторах Икс ( т ) для всех т , они на самом деле не независимы друг от друга. Согласно динамическим уравнениям Гейзенберга операторы в один момент являются функционалами операторов в любой другой момент. Есть много способов измерить их с помощью процедур в разное время по выбору.
«Измерение в квантовой механике должно быть измерением конкретного оператора в фиксированное время». На практике существует ли измерение, отличное от наблюдения «да/нет», которое не является средним по времени?
«операторы в один момент являются функционалами операторов в любой другой момент» — правильно, это ответ, хотя и закодированный, это фундаментальный аспект того, как устроена КМ, с точки зрения классической нерелятивистской концепции фазового пространства. Остается довольно много вопросов, которые кажутся очень деликатными, но спасибо, Любош. +1 за комментарии.
@ Ник, я думаю, что твой комментарий - предложение . Даже ответы «да/нет» являются результатом (иногда сложной) обработки сигнала, часто в виде программных триггеров, но в равной степени часто и в аппаратных средствах. Часто очень важно, чтобы ответы «да/нет» сообщались вместе со временем, когда сигнал устройства изменился с «нет» на «да», чтобы можно было определить, совпадают ли во времени пространственно-подобные разделенные переходы состояний устройства. Конечно, можно было бы сказать гораздо больше.