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Conservación del volumen del espacio de fase en el espacio-tiempo de Rindler

Consideremos Espacio-tiempo de Rindler es decir, el espacio-tiempo de Minkowski visto por un observador en constante aceleración. Mi pregunta es si Teorema de Liouville ¿la conservación del volumen del espacio de fase en la mecánica hamiltoniana clásica se mantiene en el espacio-tiempo de Rindler?

En otras palabras, para un conjunto definido en cualquier sistema arbitrario de partículas y campos clásicos que interactúan con un Lagrangiano invariante de Lorentz, es el volumen del espacio de fase en el tiempo de Rindler $t=t_1$ necesariamente igual al volumen del espacio de fase en $t=t_2$ ? De forma más o menos equivalente, si transformamos un sistema hamiltoniano de coordenadas espacio-temporales de Minkowski a coordenadas de Rindler, ¿el resultado sigue siendo un sistema hamiltoniano?

Me interesa la respuesta a esto por dos razones. La primera es que daría respuesta inmediata a otra de mis preguntas, Volumen del espacio de fase y relatividad . La otra es que si la respuesta es "sí", entonces no hay un análogo de la paradoja de la información de los agujeros negros en el espacio-tiempo de Rindler (al menos de forma clásica), mientras que si es "no", entonces sí lo hay, y podría ser más fácil pensar en la solución en términos de espacio-tiempo de Rindler que en términos de agujeros negros.

Supongo que la versión cuántica de esta pregunta sería algo así como "¿se mantiene la unitariedad para una teoría cuántica de campos definida en la cuña de Rindler?" A mí también me interesa esta pregunta, aunque no he estudiado QFT, así que puede que no entienda una respuesta demasiado técnica. Supongo que la respuesta a esta versión cuántica es "no", siendo la falta de unitaridad en el horizonte el origen de la radiación de Unruh, pero me gustaría saber si esta intuición es correcta.

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Sandeep Puntos 111

Un enfoque alternativo al discutido por David Bar Moshe es partir de un sistema de coordenadas diferente en la cuña de Rindler $W_R$ : $$ds^2 = e^{2y}(−g^2dt^2+dy^2)$$ aquí $t, y \in \mathbb R$ . La relación con la coordenada espacial estándar en $W_R$ es $x=e^y$ , donde $x>0$ está relacionada con la forma alternativa de la (misma) métrica: $$ds^2 = -g^2 x^2 dt^2 + dx^2\:.$$ En ambos casos $\partial_t$ es el campo vectorial de Killing de tipo temporal dado por el impulso lorentziano. Como en la respuesta de David Bar Moshe, el Lagrangiano es proporcional a la longitud del arco: $$L(y,\dot{y}) = m e^{2y}\sqrt{g^2 - \dot{y}^2}\:.$$ donde $\dot{y}= dy/dt$ . Así que, fíjate que la noción relevante de tiempo es la rindleriana $t$ .

Es cierto que $W_R$ no es geodésicamente completa y las soluciones de las ecuaciones de Lagrange son, de hecho, geodésicas semejantes al tiempo, pero estas geodésicas necesitan una cantidad infinita de tiempo para alcanzar la frontera de $W_R$ .

Así que estoy seguro de que la dinámica está bien definida en $W_R$ y la cuantificación, también.

Como ya destacó David Bar Moshe, el hecho de que exista una formulación hamiltoniana (basta con realizar la transformación estándar de Legendere) implica que existe una medida de Liouville conservada $\omega = dq \wedge dp$ .

Si no me equivoco con mis cálculos, definiendo $p = \frac{\partial L}{\partial \dot{q}}$ como siempre, la función hamiltoniana en variables hamiltonianas resulta ser ahora: $$H(y,p) = g \sqrt{p^2 + e^{2y}m^2}\:.$$ Esto conduce a un procedimiento de cuantificación bien definido como el que sigue.

(1) El espacio de Hilbert es $L^2(\mathbb R, dy)$ , $dy$ siendo la medida estándar de Lebesgue (con la elección de la coordenada $x$ el espacio natural se definiría en $\mathbb R_+$ en su lugar).

(2) Los operadores de posición y de momento son $\hat{y}$ multiplicativa en su dominio denso natural y la única extensión autoadjunta $\hat{p}$ de $-i\frac{d}{dy}$ definida inicialmente en el núcleo $C_0^\infty(\mathbb R)$ .

(3) El operador hamiltoniano es el auto adjunto opertaor $H= g\sqrt{F}$ , donde $F$ es La extensión autoadjunta de Friedrichs del operador simétrico positivo $$F: \hat{p}^2 + m^2 e^{2\hat{y}} : C_0^\infty \to L^2(\mathbb R, dy)\:.$$ Como $F$ es autoadjunto y positivo, $\sqrt{F}$ está bien definida mediante la teoría espectral.

Así que hay al menos una dinámica unitaria en la cuña de Rindler. Obsérvese también que el parámetro de tiempo de la evolución unitaria se identifica naturalmente con el tiempo de Rindler $t$ .

Si $\psi$ es suficientemente regular y resuelve la ecuación de Schroedinger $$-i\partial_t \psi = H\psi$$ también resuelve $-\partial^2_t\psi = H^2 \psi$ , a saber $$-\frac{\partial^2 \psi}{\partial t^2} = -g^2 \frac{\partial^2 \psi}{\partial y} + g^2 e^{2y} m^2 \psi(t,y)\:.$$ Reordenándola, encontramos simplemente la ecuación de Klein-Gordon en coordenadas $t,y$ : $$-g^{-2} e^{-2y} \frac{\partial^2 \psi}{\partial t^2} + e^{-2y}\frac{\partial^2 \psi}{\partial y^2} - m^2 \psi(t,y) =0\:,$$ como se esperaba.

En realidad habría que estudiar si el operador hamiltoniano ingenuo admite más extensiones autoadjuntas que las que he señalado. Espero que una de estas extensiones tenga alguna interacción con otro procedimiento de cuantificación basado en el grupo conforme que estudié hace varios años con un colega (Nuclear Physics B 647 (2002) 131-152).

Nota añadida. En principio se puede añadir cada interacción a un sistema de partículas que viven en $W_R$ descritas por separado por los correspondientes hamiltonianos $H$ como en el caso anterior, sin ningún problema. La única dificultad es que esta imagen no puede describir el sistema físico que atraviesa el horizonte (visto dentro del marco de referencia minkowskiano), porque ocurre al final del tiempo. En este sentido, la teoría no es equivalente a la minkowskiana, incluso restringiéndose a la cuña de Rindler.

Este hecho implica que no existe una transformación canónica entre el formalismo hamiltoniano minkowskiano y el hamiltoniano rindleriano, ya que los correspondientes "espacio-tiempos de las fases" son diferentes (están asociados a diferentes $(q,p)$ -foliaciones porque se refiere a diferentes nociones de evolución del tiempo).

Por lo tanto, tus dos preguntas son de hecho diferentes y tienen respuestas distintas: En el espacio de Rindler existe una descripción hamiltoniana estándar, cuya evolución temporal preserva el volumen del espacio de fase correspondiente. A la inversa, no hay ninguna transformación canónica entre el espacio de fases minkowskiano y el rindleriano. Son espacios de fases diferentes y no hay volumen conservado.

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David Bar Moshe Puntos 14259

La dinámica de una partícula puntual clásica que se mueve en el fondo de cualquier espacio-tiempo curvo es siempre hamiltoniana (con respecto a la forma simpléctica canónica), satisfaciendo así automáticamente el teorema de Liouville. Esto se debe a que el funcional de acción viene dado por la integral del elemento de línea:

$$ I = -m \int ds = -m \int \frac{ds}{dt}(q, v) dt = \int L(q, v) dt$$ .

(Aquí $ v = \dot{q}$ son las velocidades y $m$ es la masa).

Los momentos generalizados son las derivadas de la Lagrangiana con respecto a las velocidades:

$$ p = \nabla_{v}L$$

Que se resuelve para $v$ : $v = v(q, p)$

El Hamiltoniano

$$ H(p, q) = pv(q, p) - L(q, v(q, p))$$

Las ecuaciones de movimiento de Hamilton generan el movimiento geodésico en el espacio-tiempo. Esta es una condición suficiente para la validez del teorema de Liouville.

En el caso Rindler de $(1+1)\mathrm{d}$ tenemos:

$$ds^2 = -g^2 x^2 dt^2 - dx^2$$

Así,

$$L = -m \sqrt{g^2 x^2 - \dot{x}^2}$$

El momento generalizado

$$ p = \frac{m \dot{x}}{\sqrt{g^2 x^2 - \dot{x}^2}}$$

El Hamiltoniano

$$ H = gx \sqrt{p^2+m^2}$$

Sin embargo, existe una dificultad en la cuantificación de este hamiltoniano, ya que sus curvas integrales (las geodésicas) alcanzan los límites después de una longitud finita. Esto significa que no tiene una cuantificación autoadjunta. Véase, por ejemplo, lo siguiente Correo electrónico: por Terry Tao y también la respuesta en este pregunta por Emilio Pisanty en Physics StackExchange.

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