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Collectanea mathematica

Mecánica clásica en el espacio de Hilbert

L. M. Garrido

Published Jan 1, 1961• 0 citations
OpenAlex

Abstract

We continue our study of classical mechanics using the methods of quantum mechanics. A Hilbert space is introduced, new conservation laws deduced, and the possibility of representing by new methods the many body classical problem discussed.

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La presente tesis enfrenta la problemática de establecer si es posible construir una versión de la mecánica cuántica (MC) en espacios de Hilbert que trate al espacio y al tiempo en pie de igualdad, y considere a la simetría de Lorentz de manera explícita en teorías relativistas. La relevancia actual de este problema, intrínseco al área de fundamentos de la mecánica cuántica, radica en las potenciales implicancias para otras áreas como la información, la computación y la gravedad cuántica, y, sobre todo, para el reciente conjunto de ideas que yace en la intersección de las mismas. En la tesis se construye progresivamente un formalismo con las características deseadas, proporcionando así una respuesta afirmativa a la pregunta inicial. La construcción comienza con la generalización del formalismo de Page y Wootters al caso de partículas relativistas y luego al de varias partículas. Esto conlleva a introducir espacios de Hilbert ampliados a través de álgebras que tratan al tiempo y al espacio en pie de igualdad. A través del concepto de operador acción, una versión cuántica de la acción clásica, se establece la existencia de una correspondencia entre los espacios de Hilbert ampliados y la MC convencional. Se demuestra a su vez que la suma sobre historias de la formulación de Feynman adquiere un nuevo significado en estos espacios. Finalmente, se combinan todos los resultados anteriores en una discusión sobre las deficiencias del espacio de fases clásico para abarcar explícitamente simetrías del espacio-tiempo, y sobre como estas son heredadas por la MC, afectando incluso a su formulación ampliada. Se propone entonces una versión aumentada de la formulación Hamiltoniana clásica que involucra corchetes de Poisson simétricos en espacio-tiempo para campos de materia y corchetes de Poisson asociados a las posibles foliaciones del espacio-tiempo. Esta formulación clásica permite obtener ecuaciones de movimiento invariantes en el espacio de fase. Su cuantización lleva directamente a los espacios de Hilbert ampliados, dónde además la foliación es cuántica y la simetría de Lorentz explícita. Condicionando con respecto a autoestados de foliación, en analogía con el formalismo de Page y Wootters, se recupera la correspondencia con la MC convencional. Finalmente, se discuten las novedades introducidas por el formalismo, y su potencial para proporcionar nuevas intuiciones de carácter teórico, informacional y computacional, y para introducir teorías físicas que no encuentran una correspondencia con la MC usual.

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Se describe un método que relaciona operadores del espacio de Hilbert con operadores que actúan sobre funciones de onda definidas sobre el espacio de fase. El procedimiento se vale de las propiedades del operador de Weyl, extendido al plano complejo, y de la introducción de una función S(Q, P, t) que está relacionada de manera estrecha con la acción clásica Al transformar el hamiltoniano del sistema al espacio de fase y expandirlo en potencias de la constante de Planck, se hacen explícitas las contribuciones cuánticas al problema y se identifica una dinámica clásica subyacente que permite trayectorias complejas. En el límite clásico, la ecuación de Schrodinger en el espacio de fase se convierte en una ecuación de Liouville para la función de onda. El artículo concluye con la aplicación del método al estudio de la dinámica de un oscilador cuártico.