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Annales De L Institut Henri Poincare-physique Theorique

Jump processes and diffusions in relativistic stochastic mechanics

Gian Fabrizio De Angelis, Maurizio Serva

Published Jan 1, 1990• 5 citations
OpenAlex

Abstract

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(.)

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Etude d'une mécanique stochastique dans l'espace des phases

O Cohendet

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

Stochastic mechanics of a relativistic spinless particle

Gian Fabrizio De Angelis

An extension of Nelson’s stochastic mechanics to the relativistic domain is proposed. To each pure state of a spinless relativistic quantum particle corresponds a Markov process t ]ξt, where the random variable ξt represents, at every time t, the space position of the particle in the sense of Newton and Wigner. The process t ]ξt is not a diffusion but the usual Nelson’s theory is restored in the nonrelativistic limit.

Journal of Mathematical Physics•Jun 1, 1990•14 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

Fondements algébriques des probabilités quantiques et calcul stochastique sur l'espace de Fock booléen

Anis Ben Ghorbal, René Schott

Ce mémoire est divisé en trois grandes parties. La première est consacrée essentiellement à l'étude des produits en probabilités quantiques. Nous donnons une classification complète à l'aide du produit universel défini par un ensemble d'axiomes canoniques dans les différentes catégories d'algèbres associatives. Ceci nous permet aussi de définir la notion d'indépendance stochastique non-commutative. En particulier nous démontrons que les seuls produits sont les produits tensoriel (classique), libre et booléen. La seconde partie est motivée directement par la première. Elle est consacrée à l'étude des processus de Lévy sur les groupes duaux de D. Voiculescu. Ce nouveau concept généralise la théorie des processus de Lévy sur les algèbres de Hopf (groupes quantiques) où la seule notion d'indépendance est donnée par le produit tensoriel. Ce principe nous fournit l'outil principal pour montrer qu'un processus de Lévy sur un groupe dual est déterminé par son générateur. Comme application directe, nous donnons une réalisation des processus de Lévy additifs sur les trois espaces de Fock (bosonique, libre et booléen). La troisième partie est consacrée au développement du calcul stochastique quantique sur l'espace de Fock booléen. En particulier nous introduisons l'intégrale stochastique et nous donnons une formule d'Itô quantique. Nous construisons aussi les solutions de l'équation différentielle stochastique quantique au sens de R.L. Hudson et K.R. Parthasarathy. Finalement nous construisons les dilatations des semi-groupes complètement positifs.

•Jan 1, 2001•0 citations

Stochastic Theory of Relativistic Quantum Mechanics

M. Godart

The stochastic theory of relativistic quantum mechanics presented here is modelled on the one that has been proposed previously and that was claimed to be a promising substitute to the orthodox theory in the non-relativistic domain. So it also relies heavily upon the theory of stochastic processes, with its definitions, theorems and specific vocabulary as well. Its main hypothesis states indeed that the classical trajectories of the particles are identical to the sample functions of a diffusion Markov process, whose conditional probability density is proposed as a substitute for the wave function. Along the way, we introduce ad hoc hypotheses for the sole reason that they facilitate and even make possible the further development of the theory. These and the so-called Nelson equations are used to determine the drift vectors and the diffusion tensor characteristic of such a process. It is then possible to write down the Fokker-Planck and Kolmogorov equations that can be used to determine the normal and conditional probability densities. This logical sequence of steps leads to the solution of specific problems and we apply it to the special case of the free particle.

arXiv:1412.1508•Dec 3, 2014•0 citations

Fondements algébriques des probabilités quantiques et calcul stochastique sur l'espace de Fock booléen

Anis Ben Ghorbal

Ce memoire est divise en trois grandes parties. La premiere est consacree essentiellement a l'etude des produits en probabilites quantiques. Nous donnons une classification complete a l'aide du produit universel defini par un ensemble d'axiomes canoniques dans les differentes categories d'algebres associatives. Ceci nous permet aussi de definir la notion d'independance stochastique non-commutative. En particulier nous demontrons que les seuls produits sont les produits tensoriel (classique), libre et booleen. La seconde partie est motivee directement par la premiere. Elle est consacree a l'etude des processus de Levy sur les groupes duaux de D. Voiculescu. Ce nouveau concept generalise la theorie des processus de Levy sur les algebres de Hopf (groupes quantiques) ou la seule notion d'independance est donnee par le produit tensoriel. Ce principe nous fournit l'outil principal pour montrer qu'un processus de Levy sur un groupe dual est determine par son generateur. Comme application directe, nous donnons une realisation des processus de Levy additifs sur les trois espaces de Fock (bosonique, libre et booleen). La troisieme partie est consacree au developpement du calcul stochastique quantique sur l'espace de Fock booleen. En particulier nous introduisons l'integrale stochastique et nous donnons une formule d'Ito quantique. Nous construisons aussi les solutions de l'equation differentielle stochastique quantique au sens de R. L. Hudson et K. R. Parthasarathy. Finalement nous construisons les dilatations des semi-groupes completement positifs.

•Jan 1, 2001•0 citations
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(.)
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
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.
Ce mémoire est divisé en trois grandes parties. La première est consacrée essentiellement à l'étude des produits en probabilités quantiques. Nous donnons une classification complète à l'aide du produit universel défini par un ensemble d'axiomes canoniques dans les différentes catégories d'algèbres associatives. Ceci nous permet aussi de définir la notion d'indépendance stochastique non-commutative. En particulier nous démontrons que les seuls produits sont les produits tensoriel (classique), libre et booléen. La seconde partie est motivée directement par la première. Elle est consacrée à l'étude des processus de Lévy sur les groupes duaux de D. Voiculescu. Ce nouveau concept généralise la théorie des processus de Lévy sur les algèbres de Hopf (groupes quantiques) où la seule notion d'indépendance est donnée par le produit tensoriel. Ce principe nous fournit l'outil principal pour montrer qu'un processus de Lévy sur un groupe dual est déterminé par son générateur. Comme application directe, nous donnons une réalisation des processus de Lévy additifs sur les trois espaces de Fock (bosonique, libre et booléen). La troisième partie est consacrée au développement du calcul stochastique quantique sur l'espace de Fock booléen. En particulier nous introduisons l'intégrale stochastique et nous donnons une formule d'Itô quantique. Nous construisons aussi les solutions de l'équation différentielle stochastique quantique au sens de R.L. Hudson et K.R. Parthasarathy. Finalement nous construisons les dilatations des semi-groupes complètement positifs.
The stochastic theory of relativistic quantum mechanics presented here is modelled on the one that has been proposed previously and that was claimed to be a promising substitute to the orthodox theory in the non-relativistic domain. So it also relies heavily upon the theory of stochastic processes, with its definitions, theorems and specific vocabulary as well. Its main hypothesis states indeed that the classical trajectories of the particles are identical to the sample functions of a diffusion Markov process, whose conditional probability density is proposed as a substitute for the wave function. Along the way, we introduce ad hoc hypotheses for the sole reason that they facilitate and even make possible the further development of the theory. These and the so-called Nelson equations are used to determine the drift vectors and the diffusion tensor characteristic of such a process. It is then possible to write down the Fokker-Planck and Kolmogorov equations that can be used to determine the normal and conditional probability densities. This logical sequence of steps leads to the solution of specific problems and we apply it to the special case of the free particle.
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