Главная » Просмотр файлов » Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006

Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104), страница 57

Файл №523104 Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006) 57 страницаKleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104) страница 572013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 57)

(3.346)–(3.349) in an abbreviated notation. Inserting (3.370) into(0)(3.368) and performing the Gaussian momentum integration, over the exponentials in Zω [0, 0](1)and Zω [k, j], the result is( Z)1 h̄β(xb h̄β|xa 0)[k, j] = (xb h̄β|xa 0)[0, 0] × expdτ [xcl (τ )j(τ ) + pcl (τ )k(τ )]h̄ 0(!#)Z h̄β Z h̄β(D)(D)1Gxx (τ1 , τ2 ) Gxp (τ1 , τ2 )j(τ2 )× expdτ2 [(j(τ1 ), k(τ2 ))dτ1,(D)(D)k(τ2 )2h̄2 0Gpx (τ1 , τ2 ) Gpp (τ1 , τ2 )0(3.374)(D)where the Green functions Gab (τ1 , τ2 ) have now Dirichlet boundary conditions. In particular, the(D)Green function Gab (τ1 , τ2 ) is equal to (3.36) continued to imaginary time.

The Green functions(D)(D)Gxp (τ1 , τ2 ) and Gpp (τ1 , τ2 ) are Dirichlet versions of Eqs. (3.346)–(3.349) which arise from theabove Gaussian momentum integrals.After performing the integrals, the first factor without currents issZω2πh̄2(xb h̄β|xa 0)[0, 0] = lim lim limpτb ↑h̄β τa ↓0 τa0 ↓0 2πh̄Gxx (τa0 , τa0 ))()(Gpxp 2 (τa0 , τb )Gpxp 2 (τa0 , τa )1p2p2− Gpp (τa , τa ) + xb− Gpp (τb , τb )× expxaGpxx (τa0 , τa0 )Gpxx (τa0 , τa0 )2h̄2 p 0 Gxp (τa , τa )Gpxp (τa0 , τb )p−2xa xb−G(τ,τ).(3.375)pp a bGpxx (τa0 , τa0 )Performing the limits usingh̄lim lim Gpxp (τa0 , τa ) = −i ,2τa ↓0 τa0 ↓0(3.376)where the order of the respective limits turns out to be important, we obtain the amplitude (2.403):sMω(xb h̄β|xa 0)[0, 0] =2πh̄ sinh h̄βω 2Mω(xa + x2b ) cosh h̄βω − 2xa xb× exp −.(3.377)2h̄ sinh h̄βωThe first exponential in (3.374) contains a complicated representation of the classical path p 0Gxp (τa , τa )Gpxx (τ, τa0 )ipxcl (τ ) = lim lim limxa+ Gxp (τa , τ )τb ↑h̄β τa ↓0 τa0 ↓0 h̄Gpxx (τa0 , τa0 )2603 External Sources, Correlations, and Perturbation Theory−xbGpxp (τa0 , τb )Gpxx (τ, τa0 )p+G(τ,τ),xp bGpxx (τa0 , τa0 )(3.378)and of the classical momentumpcl (τ )i= lim lim limτb ↑h̄β τa ↓0 τa0 ↓0 h̄Gpxp (τa0 , τa )Gpxp (τa0 , τ )pxa− Gpp (τa , τ )Gpxx (τa0 , τa0 ) p 0Gxp (τa , τb )Gpxp (τa0 , τ )p−xb− Gpp (τb , τ ).Gpxx (τa0 , τa0 )(3.379)Indeed, inserting the explicit periodic Green functions (3.346)–(3.349) and going to the limits weobtainxcl (τ )=xa sinh ω(h̄β − τ ) + xb sinh ωτsinh h̄βω(3.380)−xa cosh ω(h̄β − τ ) + xb cosh ωτ,sinh h̄βω(3.381)andpcl (τ )= iM ωthe first being the imaginary-time version of the classical path (3.6), the second being related toit by the classical relation pcl (τ ) = iM dxcl (τ )/dτ .The second exponential in (3.374) quadratic in the currents contains the Green functions withDirichlet boundary conditionsGpxx (τ1 , 0)Gpxx (τ2 , 0),Gpxx (τ1 , τ1 )Gpxx (τ1 , 0)Gpxp (τ2 , 0)p,G(D)xp (τ1 , τ2 ) = Gxp (τ1 , τ2 ) +Gpxx (τ1 , τ1 )Gpxp (τ1 , 0)Gpxx (τ2 , 0)pG(D),px (τ1 , τ2 ) = Gpx (τ1 , τ2 ) +Gpxx (τ1 , τ1 )Gpxp (τ1 , 0)Gpxp (τ2 , 0)pG(D)(τ,τ)=G(τ,τ)−.1212ppppGpxx (τ1 , τ1 )pG(D)xx (τ1 , τ2 ) = Gxx (τ1 , τ2 ) −(3.382)(3.383)(3.384)(3.385)After applying some trigonometric identities, these take the formh̄[cosh ω(h̄β −|τ1 −τ2 |)−cosh ω(h̄β −τ1 −τ2 )],2M ω sinh h̄βωih̄G(D){θ(τ1 −τ2 ) sinh ω(h̄β −|τ1 −τ2 |)xp (τ1 , τ2 ) =2 sinh h̄βω−θ(τ2 −τ1 ) sinh ω(h̄β − |τ2 −τ1 |)+sinh ω(h̄β − τ1 −τ2 )},ih̄{θ(τ1 −τ2 ) sinh ω(h̄β − |τ1 −τ2 |)G(D)px (τ1 , τ2 ) = −2 sinh h̄βω−θ(τ2 −τ1 ) sinh ω(h̄β − |τ2 −τ1 |)−sinh ω(h̄β − τ1 −τ2 )},M h̄ωG(D)[cosh ω(h̄β − |τ1 −τ2 |) + cosh ω(h̄β −τ1 −τ2 )].pp (τ1 , τ2 ) =2 sinh h̄βωG(D)xx (τ1 , τ2 ) =(3.386)(3.387)(3.388)(3.389)The first correlation function is, of course, the imaginary-time version of the Green function (3.206).Observe the symmetry properties under interchange of the time arguments:(D)G(D)xx (τ1 , τ2 ) = Gxx (τ2 , τ1 ) ,G(D)px (τ1 , τ2 )=−G(D)px (τ2 , τ1 ) ,(D)G(D)xp (τ1 , τ2 ) = −Gxp (τ2 , τ1 ) ,G(D)pp (τ1 , τ2 )=G(D)pp (τ2 , τ1 ) ,(3.390)(3.391)H.

Kleinert, PATH INTEGRALS2613.13 Particle in Heat Bathand the identity(D)G(D)xp (τ1 , τ2 ) = Gpx (τ2 , τ1 ).(3.392)In addition, there are the following derivative relations between the Green functions with Dirichletboundary conditions:G(D)xp (τ1 , τ2 ) =G(D)px (τ1 , τ2 ) =G(D)pp (τ1 , τ2 ) =∂ (D)∂ (D)Gxx (τ1 , τ2 ) = iMG (τ1 , τ2 ) ,∂τ1∂τ2 xx∂ (D)∂ (D)G (τ1 , τ2 ) = −iMG (τ1 , τ2 ) ,iM∂τ1 xx∂τ2 xx∂2h̄M δ(τ1 −τ2 ) − M 2G(D) (τ1 −τ2 ) .∂τ1 ∂τ2 xx−iM(3.393)(3.394)(3.395)Note that Eq. (3.382) is a nonlinear alternative to the additive decomposition (3.142) of aGreen function with Dirichlet boundary conditions: into Green functions with periodic boundaryconditions.3.13Particle in Heat BathThe results of Section 3.8 are the key to understanding the behavior of a quantummechanical particle moving through a dissipative medium at a fixed temperature T .We imagine the coordinate x(t) a particle of mass M to be coupled linearly to aheat bath consisting of a great number of harmonic oscillators Xi (τ ) (i = 1, 2, 3, .

. .)with various masses Mi and frequencies Ωi . The imaginary-time path integral inthis heat bath is given byYI(xbh̄β|xa 0) =iDXi (τ )Zx(h̄β)=xbx(0)=xa(Dx(τ )1 Z h̄β X Mi2(Ẋi + Ω2i Xi2 )dτ× exp −h̄ 02i(1× exp −h̄Z0h̄β)(3.396)"XM 2dτẋ + V (x(τ )) −ci Xi (τ )x(τ )2i#)1,i Zi×Qwhere we have allowed for an arbitrary potential V (x). The partition functions ofthe individual bath oscillators()I1 Z h̄βMi22 2(Ẋi + Ωi Xi )Zi ≡DXi (τ ) exp −dτh̄ 021=(3.397)2 sinh(h̄βΩi /2)have been divided out, since their thermal behavior is trivial and will be of no interestin the sequel.

The path integrals over Xi (τ ) can be performed as in Section 3.1leading for each oscillator label i to a source expression like (3.243), in which ci x(τ )plays the role of a current j(τ ). The result can be written as(xb h̄β|xa 0) =Zx(h̄β)=xbx(0)=xa(1Dx(τ ) exp −h̄Z0h̄β)M 21ẋ + V (x(τ )) − Abath [x] ,dτ2h̄(3.398)2623 External Sources, Correlations, and Perturbation Theorywhere Abath [x] is a nonlocal action for the particle motion generated by the bathAbath [x] = −12h̄βZdτ0Zh̄β0dτ 0 x(τ )α(τ − τ 0 )x(τ 0 ).(3.399)The function α(τ − τ 0 ) is the weighted periodic correlation function (3.248):α(τ − τ 0 ) =X=Xc2iii1 pG 2 (τ − τ 0 )Mi Ωi ,ec2i cosh Ωi (|τ − τ 0 | − h̄β/2).2Mi Ωisinh(Ωih̄β/2)(3.400)Its Fourier expansion has the Matsubara frequencies ωm = 2πkB T /h̄∞1 X0αm e−iωm (τ −τ ) ,h̄β m=−∞α(τ − τ 0 ) =(3.401)with the coefficientsαm =1c2i.2Mi ωm + ωi2Xi(3.402)Alternatively, we can write the bath action in the form corresponding to (3.276)asAbath [x] = −12Zh̄β0dτZ∞−∞dτ 0 x(τ )α0 (τ − τ 0 )x(τ 0 ),(3.403)with the weighted nonperiodic correlation function [recall (3.277)]α0 (τ − τ 0 ) =Xi0c2ie−Ωi |τ −τ | .2Mi Ωi(3.404)The bath properties are conveniently summarized by the spectral density of thebathX c2iρb (ω 0 ) ≡ 2πδ(ω 0 − Ωi ).(3.405)i 2Mi ΩiThe frequencies Ωi are by definition positive numbers.

The spectral density allowsus to express α0 (τ − τ 0 ) as the spectral integral0α0 (τ − τ ) =Z0∞00dω 0ρb (ω 0 )e−ω |τ −τ | ,2π(3.406)and similarlyα(τ − τ 0 ) =Z∞0dω 0cosh ω 0 (|τ − τ 0 | − h̄β/2)ρb (ω 0 ).2πsinh(ω 0h̄β/2)(3.407)H. Kleinert, PATH INTEGRALS2633.13 Particle in Heat BathFor the Fourier coefficients (3.402), the spectral integral readsαm =Z∞0dω 02ω 00ρ (ω ) 2.2π bωm + ω 02(3.408)It is useful to subtract from these coefficients the first term α0 , and to invert thesign of the remainder making it positive definite. Thus we splitαm = 2Z∞02ωmdω 0 ρb (ω 0)1−22π ω 0ωm+ ω 02!= α0 − gm .(3.409)Then the Fourier expansion (3.401) separates asα(τ − τ 0 ) = α0 δ p (τ − τ 0 ) − g(τ − τ 0 ),(3.410)where δ p (τ − τ 0 ) is the periodic δ-function (3.279):δ p (τ − τ 0 ) =∞∞X01 Xδ(τ − τ 0 − nh̄β),e−iωm (τ −τ ) =h̄β m=−∞n=−∞(3.411)the right-hand sum following from Poisson’s summation formula (1.197). The subtracted correlation functiong(τ − τ 0 ) =∞1 X0g(ωm )e−iωm (τ −τ ) ,h̄β m=−∞(3.412)has the coefficientsgm =Xi2c2iωm=2Mi ωm+ Ω2iZ∞02dω 0 ρb (ω 0 ) 2ωm.22π ω 0 ωm+ ω 02(3.413)The corresponding decomposition of the bath action (3.399) isAbath [x] = Aloc + A0bath [x],(3.414)whereA0bath [x]1=2Zh̄β0dτh̄βZ0anddτ 0 x(τ )g(τ − τ 0 )x(τ 0 ),(3.415)α0 h̄βdτ x2 (τ ),(3.416)2 0is a local action which can be added to the original action in Eq.

(3.398), changingmerely the curvature of the potential V (x). Because of this effect, it is useful tointroduce a frequency shift ∆ω 2 via the equationZAloc = −2M∆ω ≡ −α0 = −2Z0∞X c2idω 0 ρb (ω 0 )=−2.2π ω 0i Mi Ωi(3.417)2643 External Sources, Correlations, and Perturbation TheoryThen the local action (3.416) becomesM∆ω 22Aloc =Zh̄β0dτ x2 (τ ).(3.418)This can be absorbed into the potential of the path integral (3.398), yielding arenormalized potentialM(3.419)Vren (x) = V (x) + ∆ω 2 x2 .2With the decomposition (3.414), the path integral (3.398) acquires the form(xb h̄β|xa 0) =Zx(h̄β)=xbx(0)=xa()M 211 Z h̄βẋ + Vren (x(τ )) − A0bath [x] .dτDx(τ ) exp −h̄ 02h̄(3.420)The subtracted correlation function (3.412) has the propertyZh̄β0dτ g(τ − τ 0 ) = 0.(3.421)Thus, if we rewrite in (3.415)1x(τ )x(τ 0 ) = {x2 (τ ) + x2 (τ 0 ) − [x(τ ) − x(τ 0 )]2 },2(3.422)the first two terms do not contribute, and we remain withA0bath [x] = −14Z0h̄βdτZ0h̄βdτ 0 g(τ − τ 0 )[x(τ ) − x(τ 0 )]2 .(3.423)If the oscillator frequencies Ωi are densely distributed, the function ρb (ω 0 ) iscontinuous.

As will be shown later in Eqs. (18.208) and (18.311), an oscillator bathintroduces in general a friction force into classical equations of motion. If this isto have the usual form −Mγ ẋ(t), the spectral density of the bath must have theapproximationρb (ω 0 ) ≈ 2Mγω 0(3.424)[see Eqs. (18.208), (18.311)]. This approximation is characteristic for Ohmic dissipation. In general, a typical friction force increases with ω only for small frequencies;for larger ω, it decreases again.

An often applicable phenomenological approximation is the so-called Drude form2ωDρb (ω ) ≈ 2Mγω 2,ωD + ω 0200(3.425)where 1/ωD ≡ τD is Drude’s relaxation time. For times much shorter than theDrude time τD , there is no dissipation. In the limit of large ωD , the Drude formdescribes again Ohmic dissipation.H. Kleinert, PATH INTEGRALS2653.14 Heat Bath of PhotonsInserting (3.425) into (3.413), we obtain the Fourier coefficients for Drude dissipation2gm = 2MγωDZ0∞2dω2ωmωD1.22 22 = M|ωm |γ2π ωD + ω ωm + ω|ωm | + ωD(3.426)It is customary, to factorizegm ≡ M|ωm |γm,(3.427)so that Drude dissipation corresponds toγm = γωD,|ωm | + ωD(3.428)and Ohmic dissipation to γm ≡ γ.The Drude form of the spectral density gives rise to a frequency shift (3.417)∆ω 2 = −γωD ,(3.429)which goes to infinity in the Ohmic limit ωD → ∞.3.14Heat Bath of PhotonsThe heat bath in the last section was a convenient phenomenological tool to reproduce the Ohmic friction observed in many physical systems.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
12,87 Mb
Тип материала
Предмет
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6418
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее