فوك سبيس
فضاء فوك هو بناء جبري يُستخدم في ميكانيكا الكم لإنشاء فضاء الحالات الكمومية لعدد متغير أو غير معروف من الجسيمات المتطابقة انطلاقًا من فضاء هيلبرت لجسيم واحد H. سُمي هذا الفضاء نسبةً إلى ف. أ. فوك الذي قدمه لأول مرة في بحثه المنشور عام 1932 بعنوان "Konfigurationsraum und zweite Quantelung" (" فضاء التكوين والتكميم الثاني "). [ 1 ] [ 2 ]
بصورة غير رسمية، يُعرَّف فضاء فوك بأنه مجموع مجموعة من فضاءات هيلبرت التي تُمثل حالات الجسيمات الصفرية، وحالات الجسيمات الأحادية، وحالات الجسيمات الثنائية، وهكذا. إذا كانت الجسيمات المتطابقة بوزونات ، فإن حالات الجسيمات n تُمثل متجهات في حاصل ضرب موتر متناظر لـ n فضاء هيلبرت أحادي الجسيم H. أما إذا كانت الجسيمات المتطابقة فرميونات ، فإن حالات الجسيمات n تُمثل متجهات في حاصل ضرب موتر غير متناظر لـ n فضاء هيلبرت أحادي الجسيم H (انظر الجبر المتناظر والجبر الخارجي على التوالي). الحالة العامة في فضاء فوك هي توليفة خطية من حالات الجسيمات n ، حالة واحدة لكل n .
من الناحية الفنية، فإن فضاء فوك هو ( إكمال فضاء هيلبرت لـ) المجموع المباشر للموترات المتناظرة أو المتضادة في قوى الموتر لفضاء هيلبرت أحادي الجسيم H ،
هناهو المؤثر الذي يجعل الموتر متناظرًا أو مضادًا للتناظر، اعتمادًا على ما إذا كان فضاء هيلبرت يصف الجسيمات التي تخضع لقانون بوزونيأو فرميونيةالإحصائيات، ويمثل الخط العلوي اكتمال الفضاء. يمكن بدلاً من ذلك بناء فضاء فوك البوزوني (أو الفرميوني) على أنه (اكتمال فضاء هيلبرت) للموترات المتناظرة(أو الموترات المتناوبة)). لكل أساس لـ H ، يوجد أساس طبيعي لفضاء فوك، حالات فوك .
تعريف
فضاء فوك هو المجموع المباشر (الهيلبرتي) لحاصل ضرب الموترات لنسخ من فضاء هيلبرت أحادي الجسيم
هنا، وهي الكميات العددية المركبة ، تتكون من الحالات التي لا تحتوي على جسيمات.حالات جسيم واحد،حالات جسيمين متطابقين، إلخ.
حالة عامة فييُعطى بواسطة
أين
- هو متجه طوله 1 يُسمى حالة الفراغ وهو معامل مركب،
- هي حالة في فضاء هيلبرت للجسيم الواحد وهو معامل مركب،
- ، وهو معامل مركب، إلخ.
يُعد تقارب هذا المجموع اللانهائي مهمًا إذايجب أن يكون فضاء هيلبرت. من الناحية الفنية، نحن بحاجة إلىأن تكون هذه المجموعة هي الإكمال الفضائي لهيلبرت للمجموع المباشر الجبري. وهي تتكون من جميع المجموعات غير المنتهيةبحيث يكون المعيار ، المحدد بواسطة الضرب الداخلي، محدودًا حيثيُعرَّف معيار الجسيم بواسطة أي، تقييد المعيار على حاصل الضرب الموتري
بالنسبة لحالتين عامتين و المنتج الداخلي علىثم يُعرَّف على النحو التالي: حيث نستخدم المنتجات الداخلية في كل منفضاءات هيلبرت ذات الجسيمات. لاحظ أن، على وجه الخصوصتكون الفضاءات الفرعية للجسيمات متعامدة بالنسبة لـ.
حالات المنتج، والجسيمات غير القابلة للتمييز، وأساس مفيد لفضاء فوك
حالة الضرب في فضاء فوك هي حالة من الشكل
والتي تصف مجموعة منالجسيمات، إحداها لها حالة كمومية، آخروهكذا حتىالجسيم رقم 1، حيث كلأي حالة من فضاء هيلبرت للجسيم الواحدهنا يتم وضع الجسيمات المفردة جنبًا إلى جنب (كتابة متجهات الجسيمات المفردة جنبًا إلى جنب، بدونيمثل الضرب المتناظر (أو غير المتناظر) في جبر الموترات المتناظر (أو غير المتناظر) . الحالة العامة في فضاء فوك هي توليفة خطية من حالات الضرب. تُسمى الحالة التي لا يمكن كتابتها كمجموع محدب لحالات الضرب حالة متشابكة .
عندما نتحدث عن جسيم واحد في حالةيجب أن نضع في اعتبارنا أنه في ميكانيكا الكم، لا يمكن التمييز بين الجسيمات المتطابقة . ففي فضاء فوك نفسه، تكون جميع الجسيمات متطابقة. (لوصف أنواع متعددة من الجسيمات، نأخذ حاصل الضرب الموتري لعدد من فضاءات فوك المختلفة يساوي عدد أنواع الجسيمات قيد الدراسة). ومن أهم مميزات هذا النموذج أن الحالات متناظرة ضمنيًا بشكل صحيح. على سبيل المثال، إذا كانت الحالة المذكورة أعلاهإذا كانت المادة فرميونية، فسيكون الناتج صفرًا إذا كان اثنان (أو أكثر) منمتساويان لأن الناتج الخارجي (غير المتناظر)هذا صياغة رياضية لمبدأ استبعاد باولي، الذي ينص على أنه لا يمكن أن يتواجد فرميونان (أو أكثر) في نفس الحالة الكمومية. في الواقع، عندما تكون حدود حاصل الضرب الرسمي مرتبطة خطيًا، فإن حاصل الضرب يساوي صفرًا بالنسبة للموترات المتناظرة عكسيًا. كذلك، فإن حاصل ضرب الحالات المتعامدة يكون متعامدًا بشكل صحيح بحكم التعريف (مع أنه قد يساوي صفرًا في حالة فيرمي عندما تتساوى حالتان).
يُعدّ أساس عدد الإشغال أساسًا مفيدًا ومناسبًا لمساحة فوك . بافتراض وجود أساسليمكننا الإشارة إلى الحالة بـ الجسيمات في الحالة، الجسيمات في الحالة...الجسيمات في الحالةولا توجد جسيمات في الحالات المتبقية، وذلك بتحديد
حيث كلتأخذ القيمة 0 أو 1 للجسيمات الفرميونية، و0، 1، 2، ... للجسيمات البوزونية. لاحظ أنه يمكن حذف الأصفار الزائدة دون تغيير الحالة. تُسمى هذه الحالة حالة فوك .تُفهم حالات فوك على أنها حالات مستقرة لحقل حر، وتصف هذه الحالات مجموعة من الجسيمات غير المتفاعلة بأعداد محددة. وأعم حالة فوك هي تراكب خطي لحالات نقية.
يُعدّ كلٌّ من عاملي الإنشاء والإفناء من العوامل ذات الأهمية الكبيرة ، حيث يقوم أحدهما، عند تطبيقه على حالة فوك، بإضافة جسيم إلى الحالة الكمومية المنسوبة إليه، بينما يقوم الآخر، على التوالي، بإزالته منها. ويُرمز لهما بـللخلق وللإفناء على التوالي. لإنشاء ("إضافة") جسيم، الحالة الكموميةمتناظر أو خارجي - مضروب فيوعلى التوالي، لإفناء (إزالة) جسيم، يتم أخذ ناتج ضرب داخلي (زوجي أو فردي) مع، وهو المرافق لـمن الملائم في كثير من الأحيان العمل مع حالات الأساس لـبحيث تقوم هذه المؤثرات بإزالة وإضافة جسيم واحد فقط في حالة الأساس المعطاة. كما تعمل هذه المؤثرات كمولدات لمؤثرات أكثر عمومية تعمل على فضاء فوك، على سبيل المثال مؤثر العدد الذي يحدد عدد الجسيمات في حالة معينة.يكون.
تفسير الدالة الموجية
غالباً ما تكون مساحة الجسيمات الواحدةيُعطى على النحو التالي، فضاء الدوال القابلة للتكامل التربيعي على فضاءمع القياس(بمعنى أدق، فئات التكافؤ للدوال القابلة للتكامل التربيعي حيث تكون الدوال متكافئة إذا اختلفت على مجموعة قياسها صفر ). المثال النموذجي هو الجسيم الحر معفضاء الدوال القابلة للتكامل التربيعي في الفضاء ثلاثي الأبعاد . ومن ثم، فإن فضاءات فوك لها تفسير طبيعي على أنها دوال قابلة للتكامل التربيعي متناظرة أو غير متناظرة كما يلي.
يتركو،،إلخ. لنعتبر فضاء مجموعات النقاط الذي هو الاتحاد المنفصل
له مقياس طبيعيبحيثوتقييدليكونمساحة فوك المتساويةويمكن بعد ذلك تحديدها مع فضاء الدوال المتناظرة فيبينما مساحة فوك الغريبةيمكن تحديدها بفضاء الدوال المتناظرة عكسيًا. وينتج هذا التحديد مباشرةً من التحويل المتساوي القياس..
دوال موجية معطاةمحدد سلاتر
هي دالة مضادة للتناظر علىوبالتالي، يمكن تفسيره بشكل طبيعي على أنه عنصر من عناصرقطاع الجسيمات في فضاء فوك الفردي. يتم اختيار التطبيع بحيثإذا كانت الدوالمتعامدة. يوجد "محدد سلاتر" مشابه مع استبدال المحدد بالمحدد الذي يعطي عناصر من-قطاع من فضاء فوك الزوجي.
نظرية التمثيل
في نظرية التمثيل ، يمكن وصف فضاءات فوك بأنها وحدات دورية مُولَّدة بواسطة متجه مميز، هو الفراغ . تعمل عوامل الإفناء على إزالة الفراغ، بينما يؤدي التطبيق المتكرر لعوامل الإنشاء إلى توليد متجهات الأساس المتبقية. بالتالي، يمكن اعتبار فضاء فوك فضاء تمثيل للجبر المُوَلَّد بواسطة عوامل الإنشاء والإفناء. بالنسبة للبوزونات، يُعطي فضاء فوك المتناظر تمثيل فوك القياسي لعلاقات التبادل الأساسية ، أو ما يُكافئه لجبر فايل . أما بالنسبة للفيرميونات، فيُعطي فضاء فوك غير المتناظر التمثيل المُقابل لعلاقات التبادل المضاد الأساسية ، أو ما يُكافئه لجبر كليفورد . [ 3 ] يكون متجه الفراغ دوريًا في كلتا الحالتين.
في حالة البوزونات، بالنسبة لفضاء أحادي الجسيم ذي أبعاد محدودة، تُعرّف علاقات التبادل الأساسية جبر هايزنبرغ المُوَلَّد بواسطة مُعاملي الإنشاء والإفناء بالإضافة إلى عنصر مركزي، يعمل كعنصر محايد في تمثيل فوك المعتاد. جبر فايل المُقابل هو خارج قسمة الجبر الشامل لهذا الجبر الهايزنبرغي على العلاقة التي يعمل بها العنصر المركزي كـتُغلق التعبيرات التربيعية في عوامل الإنشاء والإفناء تحت تأثير المُبدِّل، وتُعطي تمثيلاً لجبر لي التبسيطي.على مستوى المجموعة، يُعرف هذا بالمذبذب، أو التمثيل الميتابليكتي . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
فضاء فوك البوزوني غير قابل للاختزال كتمثيل قياسي لجبر هايزنبرغ أو جبر فايل، ولكنه يتحلل إلى مكونات زوجية وفردية غير قابلة للاختزال تحت التأثير التربيعي لـمع مراعاة اتفاقية الوزن الأعلى المعتادة لـهذان المكونان لهما أعلى الأوزانو، أينهي الأوزان الأساسية من النوع-نظام الجذر . في الإحداثيات القياسيةفي جبر كارتان الفرعي ، تكون هذه الأوزان الأساسيةوبالمثل، في نموذج فوك الهولومورفي، يمكن اعتبار المكونين، اعتمادًا على اختيار الجذور الموجبة، وحدات مولدة بواسطة قطاعات الفراغ الزوجية والفردية. [ 7 ] [ 6 ]
في حالة الفرميونات، يتم الحصول على العلاقة مع تمثيلات اللف المغزلي عن طريق اختيار استقطاب للفضاء التربيعي. إذاهو فضاء أحادي الجسيم ذو أبعاد محدودة، يشكل الفضاء التربيعي، مع شكل ثنائي خطي متناظر معطى بواسطة الاقتران الطبيعي بينوالحدّان هما فضاءان فرعيان متناحيان أقصى متكاملان. فضاء فوك الفرميونيإذن، وحدة السبينور المرتبطة بهذا الاستقطاب هي: عناصر منتعمل عن طريق الضرب الخارجي، بينما عناصرتعمل هذه العمليات عن طريق الانكماش. وتُحقق هذه العمليات علاقات التبادل المضاد المتعارف عليها، وبالتالي تُعطي الفعل القياسي لجبر كليفورد.على[ 8 ]
تُولّد التعبيرات التربيعية في مُعاملات الإنشاء والإفناء الفرميونية فعلًا لجبر لي متعامد .، أينالأجزاء الزوجية والفرديةوأعطِ تمثيلي نصف الدوران. مع مولد كليفورد إضافي واحد، الفضاء الكامليعطي تمثيل الدوران لـ[ 9 ]
تُستخدم فضاءات فوك أيضًا في الجبر اللانهائي الأبعاد. يمكن تمثيل فضاء فوك الفرميوني كجبر خارجي شبه لانهائي، ويُستخدم لبناء تمثيلات لجبر المصفوفات اللانهائي الرتبة وجبر لي الأفيني . وبالمثل، تظهر فضاءات فوك البوزونية كوحدات نمطية لجبر هايزنبرغ وفي بناء جبر الرؤوس . تُحدد مطابقة البوزون-الفرميون بعض تمثيلات فوك البوزونية والفرميونية، وهي مثال محوري على دور فضاء فوك في نظرية التمثيل. [ 10 ] [ 11 ]
العلاقة بفضاء سيغال-بارغمان
عرّف فضاء سيغال-بارغمان[ 12 ] منالدوال الهولومورفيةالقابلة للتكامل التربيعي بالنسبة إلىمقياس غاوسي:
أين ثم تحديد مساحةباعتبارها اتحادًا متداخلًا للمساحاتعلى الأعداد الصحيحةأظهر سيغال [ 13 ] وبارغمان [ 14 ] [ 15 ] أنمتماثل مع فضاء فوك البوزوني. الحد الأحادي يتوافق مع حالة فوك
انظر أيضاً
مراجع
- ^ فوك، ف. (1932). "Configurationsraum und zweite Quantelung". Zeitschrift für Physik (باللغة الألمانية). 75 ( 9 - 10). Springer Science and Business Media LLC: 622–647 . بيب كود : 1932ZPhy...75..622F . دوى : 10.1007/bf01344458 . ردمك 1434-6001 . S2CID 186238995 .
- ↑ MC Reed , B. Simon , "Methods of Modern Mathematical Physics, Volume II", Academic Press 1975. Page 328.
- ↑ تينجلي، بيتر (2022). "ملاحظات حول فضاء فوك". arXiv : 2211.12463 [ math.RT ].
- ↑ ماكفارلين، أ. ج.؛ فايفر، هندريك؛ فاغنر، ف. (2000). "تقنية جبر لي التبسيطي والمتعامد لنماذج المذبذبات البوزونية والفيرميونية للأنظمة التكاملية". arXiv : math-ph/0007040 .
- ↑ فولاند، جيرالد ب. (1989). التحليل التوافقي في فضاء الطور . حوليات دراسات الرياضيات. المجلد 122. مطبعة جامعة برينستون.
- 1 2 كاشيوارا، ماساكي؛ فيرن، ميشيل (1978). "حول تمثيلات سيغال-شيل-ويل ومتعددات الحدود التوافقية". Inventiones Mathematicae . 44 : 1-47 . doi : 10.1007/BF01389900 .
- ^ دوستالوفا، ماري؛ سومبرج، بيتر (2013). "تشغيل عامل الالتواء المتماثل"و"تمثيل سيغال-شيل-ويل". arXiv : 1304.1406 [ math.DG ].
- ↑ فولتون، ويليام؛ هاريس، جو (1991). نظرية التمثيل: مدخل تمهيدي . نصوص الدراسات العليا في الرياضيات. المجلد 129. سبرينغر. doi : 10.1007/978-1-4612-0979-9 . ISBN 978-0-387-97495-8MR 1153249 .
- ↑ ماكفارلين، أ. ج.؛ فايفر، هندريك؛ فاغنر، ف. (2000). "تقنية جبر لي التبسيطي والمتعامد لنماذج المذبذبات البوزونية والفيرميونية للأنظمة التكاملية". arXiv : math-ph/0007040 .
- ↑ تينجلي، بيتر (2022). "ملاحظات حول فضاء فوك". arXiv : 2211.12463 [ math.RT ].
- ↑ بريسلي، أندرو؛ سيغال، غرايم (1986). مجموعات الحلقات . مطبعة جامعة أكسفورد.
- ↑ بارغمان، ف. (1961). "حول فضاء هيلبرت للدوال التحليلية والتحويل التكاملي المرتبط به I". مجلة الاتصالات في الرياضيات البحتة والتطبيقية . 14 : 187-214 . doi : 10.1002/cpa.3160140303 . hdl : 10338.dmlcz/143587 .
- ↑ سيغال، آي إي (1963). "المسائل الرياضية للفيزياء النسبية". وقائع الندوة الصيفية، بولدر، كولورادو، 1960، المجلد الثاني . الفصل السادس.
- ↑ بارغمان، ف. (1962). "ملاحظات حول فضاء هيلبرت للدوال التحليلية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 48 (2): 199-204 . Bibcode : 1962PNAS...48..199B . doi : 10.1073 / pnas.48.2.199 . PMC 220756. PMID 16590920 .
- ↑ ستوشل، جيرزي ب . (1997). "تمثيل عوامل الإفناء والإنشاء المعممة في فضاء فوك" (ملف PDF) . مجلة جامعة إيجلون للرياضيات . 34 : 135-148 . تاريخ الاسترجاع: 13 ديسمبر 2012 .
روابط خارجية
- مخططات فاينمان وحاصل ضرب ويك المرتبط بفضاء كيو-فوك - التحليل غير التبادلي ، إدوارد ج. إفروس وميهاي بوبا، قسم الرياضيات، جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس
- آر. جيروش، الفيزياء الرياضية، مطبعة جامعة شيكاغو، الفصل 21.
- ميكانيكا الكم
- نظرية الحقل الكمومي
