量子 Liouville 方程中的導數到底是偏導數還是全導數?

時間 2021-05-29 22:20:26

1樓:

已根據 @遊傑宇 的回答進行了修改。對之前回答的不仔細道歉。這個方程又名為von Neumann方程。

曹昌祺《輻射和廣場的量子統計理論》第五章匯出了量子Liouville方程,用的是全微分符號。此處基於Schrdinger繪景,量子態的隨時間演化。如果用相互作用繪景,則此方程會變為另一種形式,即哈密頓為相互作用部分。

而有意思的是,如果用Heissenberg繪景,則沒有這個方程--密度矩陣在Heissenberg繪景裡不隨時間變化。所以,密度矩陣的表示式雖然跟基矢無關,但是跟表象有關。

Schwabl的《統計力學》從Schrdinger方程出發,也得到了相同的方程,但是因為Schrdinger方程裡用的是偏導數符號,方程就變成了偏導。

今年秋季學期講課的時候我發現了這個問題。後來經過推導發現沒有所謂的全微分。注意到經典統計裡,d/dt 和 具有不同的物理意義:

根據流體力學(參考朗道《流體力學》$2,尤拉方程的講解。動力系統可看作相空間中的流體;一般的Liouville定理闡述了不可壓縮的情況,實際上近年也有人研究可壓縮流體的情況,請自行查詢文獻compressible phase flow,比如

),前者是對乙個給定的流體質點的時間導數,涉及到連部分,就是空間一固定點的(密度的)時間導數(就是後者, )和相距為 的兩點在同一瞬時的差(此處是密度差)。

2樓:遊傑宇

首先,quantum Liouville equation是從薛丁格方程推導出來,薛丁格方程最初是預設在座標表象下的,所以方程左邊是波函式對時間的偏導數,因此Liouville方程也是對密度矩陣的偏導。但是後來Dirac引入了那一套bra-ket以及把薛丁格方程推廣到任意表象後,薛丁格方程左邊到底是偏導還是全導就不再重要了,此時波函式只有t乙個變數。所以,偏導只是歷史習慣,如果真的是進行矩陣的運算,全導更符合數學。

最後,密度矩陣的推導和基矢沒有任何關係,基矢只是具體計算密度矩陣時左右作用到方程上而已。

推導過程:

薛丁格方程: =H|\psi>" eeimg="1"/>,密度矩陣 <\psi_i|" eeimg="1"/>

所以master equation就是: <\psi_|=i\hbar(\Sigma c_\frac|\psi_><\psi_|+\Sigma c_|\psi_>\frac<\psi_|)=[H,\Sigma c_|\psi_><\psi_|]=[H,\rho]" eeimg="1"/>整個推導不涉及任何基矢內容,而如果薛丁格方程那裡是全導(歷史原因有些教材不寫全導以保證和原始薛丁格方程一致),最後的結果就是全導。如果你硬要寫成動態基矢,那 這一步你其實無法進行的,因為密度矩陣就是處理多個波函式以固定機率混合在一起的演化,所以密度矩陣演化的其實是 " eeimg="1"/>而不是 ,

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