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Annales De L Institut Henri Poincare-physique Theorique

Relativistic stochastic processes associated to Klein-Gordon equation

Maurizio Serva

Published Jan 1, 1988• 12 citations
OpenAlex

Abstract

A stochastic interpretation of Klein-Gordon equation is proposed. The starting point is the construction of relativistically covariant diffusions satisfying a property similar but not identical to the Markov property. It is then shown that the continuity equation associated with these processes together with the relativistic version of mean Newton equation are equivalent to the Klein-Gordon equation On propose une interpretation stochastique de l'equation de Klein Gordon. Le point de depart est la construction d'une diffusion relativiste covariante qui satisfait une propriete semblable (mais pas identique) a la propriete de Markov. On montre ensuite que l'equation de continuite associee a ce processus plus la version relativiste de l'equation de Newton en moyenne sont equivalentes a l'equation de Klein-Gordon

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There are two stochastic descriptions of relativistic quantum spinless particles. In the first one, suggested by Feynman's path integral approach to Klein-Gordon propagator, the main ingredients are diffusions in Minkowski space parametrized by some kind of proper time. The second description, on the contrary, is based upon jumb Markov processes giving the space position of the particle in the sense of Newton and Wigner with the time as parameter. In this paper we bridge the gap between these different probabilistic scenarios by constructing the space jump processes by means of space-time diffusions. We give some aplications to the nonrelativistic limit of the hamiltonian semigroup t→exp−(t/¬h)H where H=√−c 2 ¬h 2 Δ+(M 2 c 4 /¬h 2 )−Mc 2 +V(.) Il y a deux descriptions stochastiques de la mecanique quantique relativiste pour une particule sans spin. Dans la premiere, suggere par la theorie de Feynman, les ingredients principaux sont des diffusions dans l'espace de Minkowski parametrise par une sorte de temps propre. La deuxieme description, par contre, emploie des processus de Markov a sauts donnant la position de la particule dans l'espace au sens de Newton et Wigner avec le temps comme parametre. Notre papier va relier les deux prescriptions probabilistes car nous construisons les processus a sauts dans l'espace par les diffusions dans l'espace-temps. Nous donnons aussi des applications a l'etude de la limite non relativiste du semi-groupe hamiltonien t→exp−(t/¬h)H ou H=√−c 2 ¬h 2 Δ+(M 2 c 4 /¬h 2 )−Mc 2 +V(.)

Annales De L Institut Henri Poincare-physique Theorique•Jan 1, 1990•5 citations

A Relativistic Version of Nelson's Stochastic Mechanics

Tomasz Zastawniak

Markov diffusions corresponding to solutions of the Klein-Gordon equation are introduced in a similar way as in Nelson's stochastic mechanics. A relativistic version of the Nelson-Newton law for Markov diffusions is established. Stochastic generalizations of the proper time and of the relativistic action functional are proposed and a stochastic version of the relativistic principle of least action is stated. The formalism can be regarded as a quantization procedure leading from classical special relativity to the Klein-Gordon equation.

Europhysics Letters (EPL)•Sep 1, 1990•24 citations

Relativistic transformation properties of quantum stochastic calculus

A. Frigerio, Marco Ruzzier

We propose a relativistic version of quantum stochastic calculus based on the relativistic properties of test functions; these properties are determined on the basis of the interpretation of test functions as interaction rate amplitudes, and lead to the relativistic transformations of the quantum stochastic differential equations and of the reduced dynamics. We obtain for the latter the relativistic time dilatation Proposition d'une version relativiste du calcul stochastique quantique basee sur les proprietes relativistes des fonctions test. Determination des proprietes par l'interpretation des fonctions test comme des amplitudes de taux d'interaction, ce qui conduit aux transformations relativistes des equations differentielles stochastiques quantiques et a la dynamique reduite. Pour cette derniere, on obtient la dilatation temporelle relativiste

Annales De L Institut Henri Poincare-physique Theorique•Jan 1, 1989•6 citations

On the stochastic mechanics of the free relativistic particle

Michele Pavon

Given a positive energy solution of the Klein–Gordon equation, the motion of the free, spinless, relativistic particle is described in a fixed Lorentz frame by a Markov diffusion process with nonconstant diffusion coefficient. Proper time is an increasing stochastic process and we derive a probabilistic generalization of the equation (dτ)2=−(1/c2)dXν dXν. A random time-change transformation provides the bridge between the t and the τ domain. In the τ domain, we obtain an M4-valued Markov process with singular and constant diffusion coefficient. The square modulus of the Klein–Gordon solution is an invariant, nonintegrable density for this Markov process. It satisfies a relativistically covariant continuity equation.

arXiv:quant-ph/0108139•Journal of Mathematical Physics•Oct 1, 2001•15 citations

Variational principles for a relativistic stochastic mechanics

R. Marra, Maurizio Serva

We propose an extension to the relativistic case of the stochastic variational principles both of Lagrangian and Eulerian type. The action we use is the mean classical action evaluated on the paths of relativistic covariant diffusions. The resulting equations of motion are the relativistic stochastic Lagrange equations Nous proposons une extension au cas relativiste des principes variationnels de type lagrangien et eulerien. Nous utilisons comme action l'action moyenne classique evaluee sur les trajectoires des diffusions covariantes relativistes. Les equations du mouvement obtenues sont les equations de Lagrange stochastiques relativistes

Annales De L Institut Henri Poincare-physique Theorique•Jun 30, 1989•7 citations

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Dans l'optique de la mecanique stochastique, une formulation probabiliste de la mecanique quantique dans l'espace des phases est proposee. Notre approche utilise la fonction de wigner qui offre, dans un cadre general, une description d'un systeme quantique dans l'espace des phases. Alors que la mecanique stochastique ne considere que les etats purs du systeme, les proprietes de la fonction introduite par wigner nous permettent de traiter les etats de melange aussi bien que les etats purs. Apres avoir precise, en premiere partie, les proprietes essentielles de cette fonction et rappele son lien avec les operateurs de weyl, nous donnons dans une deuxieme partie une analyse heuristique de la mecanique quantique en terme de fluide. L'interpretation habituelle de la fonction de wigner comme etant une densite dans l'espace des phases, nous amene a considerer le cas d'un systeme soumis a l'action d'une force derivant d'un potentiel qui est la transformee de fourier d'une mesure bornee. Nous montrons que l'on peut alors envisager la fonction de wigner comme une difference de deux fonctions positives telles qu'a chacune de ces fonctions soit associe un processus de markov. Notre conception de fluide quantique consiste a interpreter ces deux fonctions comme etant les densites d'un fluide compose de deux types de particules differents mais dans lequel seule la difference de ces densites est observee. L'evolution de chaque type de particule est alors donnee par le processus de markov associe. Dans le cas particulier ou l'espace de hilbert du systeme est de dimension finie, une telle construction de processus peut alors rigoureusement etre effectuee. Cette etude est realisee dans une troisieme partie ou la dimension n de l'espace de hilbert est supposee impaire. La raison d'un tel choix est due au fait que le groupe des residus modulo n, que nous utilisons, possede dans ce cas une racine carree. Nous construisons, en premier lieu, une theorie des operateurs de weyl et des fonctions de wigner discretises. En augmentant l'espace des phases discretise d'une variable dichotomique egale a +1 ou -1, nous prouvons l'existence d'un processus de markov evoluant dans cet espace, tel que la fonction de wigner soit egale a la valeur moyenne partielle de cette variable dichotomique. Dans un article ecrit en collaboration avec p. Combe, m. Sirugue et m. Sirugue-collin, nous montcrons que ce formalisme peut etre applique a l'etude d'un spin entier. Enfin, en appendice, nous donnons les proprietes des processus de markov qui sont utiles a notre expose

•Jan 1, 1987•1 citation
A stochastic interpretation of Klein-Gordon equation is proposed. The starting point is the construction of relativistically covariant diffusions satisfying a property similar but not identical to the Markov property. It is then shown that the continuity equation associated with these processes together with the relativistic version of mean Newton equation are equivalent to the Klein-Gordon equation On propose une interpretation stochastique de l'equation de Klein Gordon. Le point de depart est la construction d'une diffusion relativiste covariante qui satisfait une propriete semblable (mais pas identique) a la propriete de Markov. On montre ensuite que l'equation de continuite associee a ce processus plus la version relativiste de l'equation de Newton en moyenne sont equivalentes a l'equation de Klein-Gordon
There are two stochastic descriptions of relativistic quantum spinless particles. In the first one, suggested by Feynman's path integral approach to Klein-Gordon propagator, the main ingredients are diffusions in Minkowski space parametrized by some kind of proper time. The second description, on the contrary, is based upon jumb Markov processes giving the space position of the particle in the sense of Newton and Wigner with the time as parameter. In this paper we bridge the gap between these different probabilistic scenarios by constructing the space jump processes by means of space-time diffusions. We give some aplications to the nonrelativistic limit of the hamiltonian semigroup t→exp−(t/¬h)H where H=√−c 2 ¬h 2 Δ+(M 2 c 4 /¬h 2 )−Mc 2 +V(.) Il y a deux descriptions stochastiques de la mecanique quantique relativiste pour une particule sans spin. Dans la premiere, suggere par la theorie de Feynman, les ingredients principaux sont des diffusions dans l'espace de Minkowski parametrise par une sorte de temps propre. La deuxieme description, par contre, emploie des processus de Markov a sauts donnant la position de la particule dans l'espace au sens de Newton et Wigner avec le temps comme parametre. Notre papier va relier les deux prescriptions probabilistes car nous construisons les processus a sauts dans l'espace par les diffusions dans l'espace-temps. Nous donnons aussi des applications a l'etude de la limite non relativiste du semi-groupe hamiltonien t→exp−(t/¬h)H ou H=√−c 2 ¬h 2 Δ+(M 2 c 4 /¬h 2 )−Mc 2 +V(.)
Markov diffusions corresponding to solutions of the Klein-Gordon equation are introduced in a similar way as in Nelson's stochastic mechanics. A relativistic version of the Nelson-Newton law for Markov diffusions is established. Stochastic generalizations of the proper time and of the relativistic action functional are proposed and a stochastic version of the relativistic principle of least action is stated. The formalism can be regarded as a quantization procedure leading from classical special relativity to the Klein-Gordon equation.
We propose a relativistic version of quantum stochastic calculus based on the relativistic properties of test functions; these properties are determined on the basis of the interpretation of test functions as interaction rate amplitudes, and lead to the relativistic transformations of the quantum stochastic differential equations and of the reduced dynamics. We obtain for the latter the relativistic time dilatation Proposition d'une version relativiste du calcul stochastique quantique basee sur les proprietes relativistes des fonctions test. Determination des proprietes par l'interpretation des fonctions test comme des amplitudes de taux d'interaction, ce qui conduit aux transformations relativistes des equations differentielles stochastiques quantiques et a la dynamique reduite. Pour cette derniere, on obtient la dilatation temporelle relativiste
Given a positive energy solution of the Klein–Gordon equation, the motion of the free, spinless, relativistic particle is described in a fixed Lorentz frame by a Markov diffusion process with nonconstant diffusion coefficient. Proper time is an increasing stochastic process and we derive a probabilistic generalization of the equation (dτ)2=−(1/c2)dXν dXν. A random time-change transformation provides the bridge between the t and the τ domain. In the τ domain, we obtain an M4-valued Markov process with singular and constant diffusion coefficient. The square modulus of the Klein–Gordon solution is an invariant, nonintegrable density for this Markov process. It satisfies a relativistically covariant continuity equation.
We propose an extension to the relativistic case of the stochastic variational principles both of Lagrangian and Eulerian type. The action we use is the mean classical action evaluated on the paths of relativistic covariant diffusions. The resulting equations of motion are the relativistic stochastic Lagrange equations Nous proposons une extension au cas relativiste des principes variationnels de type lagrangien et eulerien. Nous utilisons comme action l'action moyenne classique evaluee sur les trajectoires des diffusions covariantes relativistes. Les equations du mouvement obtenues sont les equations de Lagrange stochastiques relativistes
Dans l'optique de la mecanique stochastique, une formulation probabiliste de la mecanique quantique dans l'espace des phases est proposee. Notre approche utilise la fonction de wigner qui offre, dans un cadre general, une description d'un systeme quantique dans l'espace des phases. Alors que la mecanique stochastique ne considere que les etats purs du systeme, les proprietes de la fonction introduite par wigner nous permettent de traiter les etats de melange aussi bien que les etats purs. Apres avoir precise, en premiere partie, les proprietes essentielles de cette fonction et rappele son lien avec les operateurs de weyl, nous donnons dans une deuxieme partie une analyse heuristique de la mecanique quantique en terme de fluide. L'interpretation habituelle de la fonction de wigner comme etant une densite dans l'espace des phases, nous amene a considerer le cas d'un systeme soumis a l'action d'une force derivant d'un potentiel qui est la transformee de fourier d'une mesure bornee. Nous montrons que l'on peut alors envisager la fonction de wigner comme une difference de deux fonctions positives telles qu'a chacune de ces fonctions soit associe un processus de markov. Notre conception de fluide quantique consiste a interpreter ces deux fonctions comme etant les densites d'un fluide compose de deux types de particules differents mais dans lequel seule la difference de ces densites est observee. L'evolution de chaque type de particule est alors donnee par le processus de markov associe. Dans le cas particulier ou l'espace de hilbert du systeme est de dimension finie, une telle construction de processus peut alors rigoureusement etre effectuee. Cette etude est realisee dans une troisieme partie ou la dimension n de l'espace de hilbert est supposee impaire. La raison d'un tel choix est due au fait que le groupe des residus modulo n, que nous utilisons, possede dans ce cas une racine carree. Nous construisons, en premier lieu, une theorie des operateurs de weyl et des fonctions de wigner discretises. En augmentant l'espace des phases discretise d'une variable dichotomique egale a +1 ou -1, nous prouvons l'existence d'un processus de markov evoluant dans cet espace, tel que la fonction de wigner soit egale a la valeur moyenne partielle de cette variable dichotomique. Dans un article ecrit en collaboration avec p. Combe, m. Sirugue et m. Sirugue-collin, nous montcrons que ce formalisme peut etre applique a l'etude d'un spin entier. Enfin, en appendice, nous donnons les proprietes des processus de markov qui sont utiles a notre expose