Кіріспе

Классикалық физикалық теорияның кванттық аналогын құру рецепті математикалық физикада геометриялық кванттау – берілген классикалық теорияға сәйкес кванттық теорияны анықтауға бағытталған математикалық тәсіл. Ол кванттауды жүзеге асыруға тырысады, мұндай кванттаудың жалпы жағдайда нақты рецепті жоқ, бірақ классикалық және кванттық теориялар арасындағы белгілі бір аналогиялар айқын болуын қамтамасыз етеді. Мысалы, кванттық механиканың Гейзенберг суретіндегі Гейзенберг теңдеуі мен классикалық физикадағы Гамильтон теңдеуінің ұқсастығы бастапқы қағида ретінде сақталуы тиіс.

Шығу тегі

Табиғи кванттаудың ең алғашқы әрекеттерінің бірі – 1927 жылы Герман Вейль ұсынған Вейль кванттауы. Бұл жерде кванттық механикалық өлшенетін шама (Хилберт кеңістігіндегі өзіне-өзі қосымша оператор) классикалық фазалық кеңістіктегі нақты мәнді функциямен байланыстыруға талпыныс жасалады. Бұл фазалық кеңістіктегі координата мен импульс Гейзенберг тобының генераторларына бейнеленеді, ал Хилберт кеңістігі Гейзенберг тобының топтық өкілдігі ретінде көрінеді. 1946 жылы Х. Дж. Гренвольд мұндай өлшенетін шамалардың жұбының көбейтіндісін қарастырып, классикалық фазалық кеңістікте сәйкес функция қандай болатынын сұрады. Бұл оны функциялар жұбының фазалық кеңістіктегі жұлдыздық көбейтіндісін ашуға алып келді. Геометриялық кванттаудың қазіргі заманғы теориясын 1970 жылдары Бертрам Костант және Жан-Мари Сориа жасады. Теорияның біріңғай мақсаты – өкілдіктер теориясында Кирилловтың орбиталық әдісін түсініп, жалпылау болды.

Түрлері

Геометриялық кванттау процедурасы келесі үш қадамнан тұрады: прекванттау, поляризация және метаплектикалық түзету. Прекванттау табиғи Гильберт кеңістігін және байқалатын шамалардың кванттау процедурасын құрайды, бұл классикалық жақтағы Пуассон жақшаларын кванттық жақтағы коммутаторларға дәл түрлендіреді. Дегенмен, прекванттық Гильберт кеңістігі әдетте "әлдеқайда үлкен" деп есептеледі. Осы идеяның мәні – 2n өлшемді фазалық кеңістікте Пуассонның n айнымалысынан ауыспалы жиынтықты таңдап, тек осы n айнымалыға тәуелді функцияларды (немесе, дәлірек айтқанда, қималарды) қарастыру. n айнымалы нақты мәнді болуы мүмкін, нәтижесінде орналасу стиліндегі Гильберт кеңістігі пайда болады, немесе күрделі аналитикалық болуы мүмкін, Сегал-Баргман кеңістігі сияқты кеңістік тудырады. Поляризация – мұндай n Пуассонның ауыспалы функцияларын таңдаудың координатқа тәуелсіз сипаттамасы. Метаплектикалық түзету (кейде жартылай форма түзетуі деп те аталады) – жоғарыда аталған процедураның техникалық өзгертуі, ол нақты поляризациялар жағдайында қажетті және күрделі поляризациялар үшін көбінесе ыңғайлы.

Поляризация

Геометриялық кванттау процесінің келесі қадамы поляризацияны таңдау болып табылады. Поляризация – әрбір нүктеде кешендеген жанама кеңістіктің Лагранж ішкі кеңістігін таңдау. Ішкі кеңістіктер интегралданатын таралымды құрауы керек, яғни әрбір нүктедегі ішкі кеңістікте жатқан екі векторлық өрістің коммутаторы да сол нүктедегі ішкі кеңістікте болуы тиіс. Кванттық (кванттық емес) Гильберт кеңістігі – поляризация бағытында ковариантты тұрақты қималардың кеңістігі. Кванттық Гильберт кеңістігінде қималар өлшемді классикалық фазалық кеңістіктегі тек айнымалылардың функциялары болуы керек. Егер функция, оның қатысты Гамильтон ағыны поляризацияны сақтаса, онда ол кванттық Гильберт кеңістігін сақтайды. Ағынның поляризацияны сақтауы деген болжам күшті. Әдетте, өте көп функциялар ғана осы болжамға сәйкес келеді.

Жартылай түзету

Жартылай форманы түзету – сондай-ақ метаплектикалық түзету деп те аталады – бұл жоғарыда аталған процедураның техникалық өзгертуі, ол нақты поляризациялар жағдайында нөлдік емес кванттық Гильберт кеңістігін алу үшін қажет; ол күрделі жағдайда да көбінесе пайдалы. Сызық шоғы -ның тензорлық көбейтіндісімен алмастырылады, оның ішінде -ның канондық шоғының квадрат түбірі бар. Мысалы, тік поляризация жағдайында, -дан тәуелсіз функцияларын қарастырудың орнына, түріндегі объектілер қарастырылады. формуласы одан әрі қосымша Ли туынды мүшесімен толықтырылуы керек. Мысалы, жазықтықтағы күрделі поляризация жағдайында, жартылай форманы түзету гармоникалық осцилляторды кванттауға, энергия үшін стандартты кванттық механикалық формуланы қайта жасауға мүмкіндік береді, , мұндағы "" жартылай формалардың арқасында пайда болады.

Poisson коллекторлары

Сонымен қатар, Пуассон көптүрліліктерінің және симплектикалық жапырақтардың геометриялық квантталуы да дамытылған. Мысалы, бұл жартылай интегралданатын және суперинтегралданатын Гамильтон жүйелері және автономды емес механика жағдайында қолданылады.

Мысал

Егер симплектикалық көптік 2 сфера болса, оны коадъюнкттік орбита ретінде іске асыруға болады. Егер сфераның ауданы π-нің бүтін есесі болса, геометриялық кванттауды жүзеге асыруға болады, нәтижесіндегі Гильберт кеңістігі SU(2) есімді ирредукциялық бейнелеуді тасымалдайды. Егер сфераның ауданы π болса, екі өлшемді спин ½ бейнелеуін аламыз.

Жалпылау

Жалпы алғанда, бұл әдіс деформациялық кванттауға алып келеді, онда ★ көбейтіндісі симплектикалық немесе Пуассон көптүрлілігіндегі функциялар алгебрасының деформациясы ретінде қарастырылады. Дегенмен, табиғи кванттау схемасы (функтор) ретінде Вейл бейнелеуі қанағаттандырмайды. Мысалы, классикалық бұрыштық моменттің квадратының Вейл бейнелеуі тек кванттық бұрыштық моменттің квадраты операторы ғана емес, сонымен қатар ол 3ħ²/2 тұрақты мүшесін де қамтиды. (Бұл қосымша мүше физикалық мағынаға ие, себебі ол сутек атомының негізгі Бор орбитасының нөлдік емес бұрыштық моментін ескереді.) Алайда, қарапайым бейнелеу өзгеруі ретінде Вейл бейнелеуі дәстүрлі кванттық механиканың баламалы фазалық кеңістік тұжырымының негізін құрайды.