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Tiempo negativo en la amplitud de la transición de vacío a vacío

En la formulación de la integral de trayectoria de la mecánica cuántica, la amplitud de transición para pasar de $|\phi_i, t_i \rangle$ a $|\phi_f, t_f \rangle$ viene dada por

$$\langle \phi_f, t_f |\phi_i, t_i \rangle = \int \frac{\mathcal{D}q\mathcal{D}p}{h} \, \exp\left[\frac{i}{\hbar} \int_{t_i}^{t_f} \, dt \, \left( p(t)\dot{q}(t) - H(p, q) \right) \right], $$ y, la amplitud de transición de vacío a vacío en presencia de una fuente $J(t)$ viene dada por $$\langle 0, \infty |0, -\infty \rangle^J \propto Z[J] = \int \mathcal{D}q \, \exp\left[\frac{i}{\hbar} \int_{-\infty}^{\infty} dt \left( L + \hbar J q + \frac{i}{2} \epsilon q^2 \right) \right], $$ donde los símbolos tienen su significado habitual.

Pregunta

Al derivar la expresión para $\langle 0, \infty |0, -\infty \rangle$ tenemos que tomar un límite: $t \to -\infty$ . Pero, ¿cómo puede el tiempo ser negativo? En otras palabras, ¿cuál es el significado físico del tiempo negativo?

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No creo que esto tenga que ver con el tiempo negativo, sino con los intervalos de tiempo.

Esto es algo que se hace generalmente siempre que se trabaja con amplitudes de dispersión en la Teoría Cuántica de Campos. Así es como yo lo veo: elijamos algún origen arbitrario para su eje temporal $t=0$ durante el proceso de interacción. Según esta definición, todo lo que está a la "izquierda" de nuestro origen, es decir, en el eje temporal negativo, ocurre en el "pasado" y todo lo que está a la "derecha" ocurre en el "futuro".

El experimento típico de dispersión comienza con partículas tan alejadas en algún momento (digamos $t = t_\text{in}$ ) en el pasado que aún no están interactuando, y termina con las partículas de nuevo tan separadas en el futuro que han dejado de interactuar en algún momento (digamos $t = t_\text{out}$ ). Estos son ahora los límites de la integral de tiempo dentro de la integral de trayectoria. Consideramos ahora que estos dos puntos están considerablemente en el pasado y en el futuro respectivamente, es decir, ambos intervalos de tiempo pueden tomarse como infinitos $^1$ .

Así, la integral de $t_\text{in}$ a $t_\text{out}$ se reduce efectivamente a una integral de $-\infty$ a $+\infty$ La "historia" completa de la partícula.

$^1$ Como el tiempo es una cantidad con dimensión, la pregunta es, por supuesto, "¿infinito con respecto a qué?". Bueno, es con respecto al <em>duración de la interacción </em>. Suponemos que la escala de tiempo asociada a la interacción es significativamente pequeña en comparación con el tiempo que tarda el proceso total de dispersión.

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