Является ли уравнение Клейна-Гордона уравнением для классического поля или для квантового поля?

При каноническом квантовании поля Клейна-Гордона вы обычно начинаете с уравнения Клейна-Гордона, из которого вы можете угадать соответствующую лагранжеву плотность. Затем, используя эту информацию вместе с предполагаемыми коммутационными соотношениями для поля и его сопряженным импульсом, вы «квантуете» поле. Из того, что я читал, обновление поля Клейна-Гордона (которое является скалярным полем) до оператора (или, я думаю, «операторно-значного распределения», или так мне сказали) — это то, что «квантует» то, что я предполагаю Классическое уравнение Клейна-Гордона.

Но также тривиально легко доказать, что уравнение Клейна-Гордона можно вывести из релятивистского соотношения энергии-импульса, подставив в него операторы энергии и импульса. Тогда казалось бы, что уравнение Клейна-Гордона уже является «квантовым». Это кажется мне противоречием (и я предполагаю, что это может быть историческая мотивация термина «второе квантование»?).

Если кто-нибудь может ответить, я хотел бы знать, какова ортодоксальная точка зрения на это. Является ли уравнение Клейна-Гордона уже «квантовым» или оно становится квантовым только после прохождения процесса канонического квантования? Оба как-то? Если уравнение Клейна-Гордона действительно является классическим полем, то почему я могу вывести его, подставив квантовые операторы в классическое выражение из специальной теории относительности?

Ответы (1)

Здесь запутано несколько вопросов:

  • Следует различать математику и физику: физика широко использует математику для описания природных явлений, но существование математического уравнения само по себе не означает существования физической интерпретации или того, что такая физическая интерпретация должна быть уникальной. Волновое уравнение (т.е. уравнение Клейна-Гордона с м "=" 0 ) — самый известный пример.
  • Как следует из вышеизложенного, Кляйн-Гордон может описывать несколько различных явлений. В частности, при первом квантовании для частиц с заменой энергии и импульса соответствующими операторами получился Клейн-Гордон (хотя для спина 1/2 он оказывается неприемлемым). Однако когда мы имеем дело с классическим полем, его первое квантование технически совпадает со вторым квантованием для частиц. Наиболее очевидным примером является электромагнитное поле. Другими словами: классическое волновое поле не квантуется автоматически только потому, что оно описывается уравнением Клейна-Гордона.