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物理代写|量子力学代写quantum mechanics代考|Massive Scalar Field
The relativistic relation between energy and momentum for a particle with rest mass $m_0$ is
$$
E=\sqrt{\vec{p}^2 c^2+m_0^2 c^4}
$$
If we identify this with the hamiltonian $H$, and attempt to quantize with $\vec{p}=(\hbar / i) \vec{\nabla}$, the Schrödinger equation becomes
$$
i \hbar \frac{\partial \phi(\vec{x}, t)}{\partial t}=\left[-(\hbar c)^2 \vec{\nabla}^2+\left(m_0 c^2\right)^2\right]^{1 / 2} \phi(\vec{x}, t)
$$
The square-root causes difficulties. ${ }^1$ A repeated application of this expression, however, leads to a much simpler expression
$$
\left(\square-m^2\right) \phi(\vec{x}, t)=0 \quad ; m \equiv \frac{m_0 c}{\hbar}
$$
This is the relativistic wave equation for a particle with inverse Compton wavelength $m=m_0 c / \hbar$.
We know from the previous text Introduction to Classical Mechanics [Walecka (2020)] how to do classical continuum mechanics with the wave equation. ${ }^2$ There the analysis is applied to the string, where the wave equation holds. Introduce the two-vector $x_\mu=\left(x_1, x_2\right)=(x, i c t)$, with $c^2=\tau / \sigma$ and $i$ the imaginary number $\sqrt{-1}$. Also, introduce the convention that repeated Greek indices are summed from 1 to 2 . The basic equation of motion is then obtained from Hamilton’s principle of stationary action
$$
\delta \int d^2 x \mathcal{L}\left(q, \frac{\partial q}{\partial x_\mu}\right)=0 \quad ; d^2 x \equiv d x c d t
$$
The lagrangian density for the string is
$$
\mathcal{L}=\frac{\sigma}{2}\left[\frac{\partial q(x, t)}{\partial t}\right]^2-\frac{\tau}{2}\left[\frac{\partial q(x, t)}{\partial x}\right]^2
$$
物理代写|量子力学代写quantum mechanics代考|The Dirac Equation
The first successful union of quantum mechanics and special relativity for a single-particle was achieved by Dirac, and here we give the lovely historical argument [Dirac (1926)].
One wants the theory to possess the following features:
(1) A positive-definite probability density
$$
\rho=\Psi^{\star} \Psi \geq 0 \quad \text {; probability density }
$$
(2) A Schrödinger equation that is first-order in the time derivative
$$
i \hbar \frac{\partial \Psi}{\partial t}=H \Psi \quad \text {; Schrödinger equation }
$$
(3) A continuity equation
$$
\frac{\partial \rho}{\partial t}+\vec{\nabla} \cdot \vec{S}=0 \quad \text {; continuity equation }
$$
As before, this will provide a basis for the interpretation of the theory and ensure that, for a localized particle,
$$
\frac{d}{d t} \int \rho(\vec{x}, t) d^3 x=0
$$
(4) The correct relativistic relation between energy and momentum
$$
E^2=\vec{p}^2 c^2+m_0^2 c^4 \quad ; \text { relativistic relation }
$$
Now we do know of a theory that is Lorentz covariant and involves only first-order time derivatives, and that is the set of Maxwell’s equations in electrodynamics.8 Here one has a set of eight coupled equations for the components of the electric and magnetic fields $(\vec{E}, \vec{B})$. Dirac argued by analogy. He introduced a wave function $\Psi$ that had a set of $n$ components
$$
\psi_\sigma \quad ; \sigma=1,2, \cdots, n
$$
components of $\Psi$
with a corresponding positive-definite probability density defined by
$$
\rho \equiv \sum_{\sigma=1}^n \psi_\sigma^{\star} \psi_\sigma
$$

量子力学代考
物理代写|量子力学代写quantum mechanics代考|Massive Scalar Field
具有静止质量的粒子的能量和动量之间的相对论关系 $m_0$ 是
$$
E=\sqrt{\vec{p}^2 c^2+m_0^2 c^4}
$$
如果我们将其与哈密尔顿一致 $H$ ,并尝试量化 $\vec{p}=(\hbar / i) \vec{\nabla}$ ,薛定遌方程变为
$$
i \hbar \frac{\partial \phi(\vec{x}, t)}{\partial t}=\left[-(\hbar c)^2 \vec{\nabla}^2+\left(m_0 c^2\right)^2\right]^{1 / 2} \phi(\vec{x}, t)
$$
平方根会带来困难。 ${ }^1$ 但是,重复应用此表达式会导致更简单的表达式
$$
\left(\square-m^2\right) \phi(\vec{x}, t)=0 \quad ; m \equiv \frac{m_0 c}{\hbar}
$$
这是具有反康普顿波长的粒子的相对论波动方程 $m=m_0 c / \hbar$.
我们从前文 《经典力学导论》 [Walecka (2020)]知道如何用波动方程做经典连续介质力 学。 ${ }^2$ 在那里,分析应用于波动方程成立的字符串。引入二元向量 $x_\mu=\left(x_1, x_2\right)=(x, i c t)$ ,和 $c^2=\tau / \sigma$ 和㠊数 $\sqrt{-1}$. 此外,介绍重复的希腊索引从 1 到 2 相加的约定。然后根据哈密顿的静止作用原理得到基本的运动方程
$$
\delta \int d^2 x \mathcal{L}\left(q, \frac{\partial q}{\partial x_\mu}\right)=0 \quad ; d^2 x \equiv d x c d t
$$
弦的拉格朗日密度为
$$
\mathcal{L}=\frac{\sigma}{2}\left[\frac{\partial q(x, t)}{\partial t}\right]^2-\frac{\tau}{2}\left[\frac{\partial q(x, t)}{\partial x}\right]^2
$$
物理代写|量子力学代写quantum mechanics代考|The Dirac Equation
狄拉克首次成功地将量子力学和狭义相对论结合到单粒子上,我们在这里给出可爱的历 史论证 [Dirac (1926)]。
人们希望该理论具有以下特征:
(1)正定概率密度
$$
\rho=\Psi^{\star} \Psi \geq 0 \quad ; \text { probability density }
$$
(2) 时间㝵数为一阶的薛定遌方程
$i \hbar \frac{\partial \Psi}{\partial t}=H \Psi \quad ;$ Schrödinger equation
(3)一个连续性方程
$$
\frac{\partial \rho}{\partial t}+\vec{\nabla} \cdot \vec{S}=0 \quad ; \text { continuity equation }
$$
和以前一样,这将为理论的解释提供基础,并确保对于局部粒子,
$$
\frac{d}{d t} \int \rho(\vec{x}, t) d^3 x=0
$$
(4) 能量与动量的正确相对论关系
$$
E^2=\vec{p}^2 c^2+m_0^2 c^4 \quad ; \text { relativistic relation }
$$
现在我们知道了一种洛伦兹协变的理论,它只涉及一阶时间导数,那就是电动力学中的 麦克斯韦方程组。 8 这里有一组八个电场和磁场分量的耦合方程 $(\vec{E}, \vec{B})$. 狄拉克通过类 比论证。他引入了波函数 $\Psi$ 那有一套 $n$ 成分
$$
\psi_\sigma \quad ; \sigma=1,2, \cdots, n
$$
的组成部分 $\Psi$
具有相应的正定概率密度,定义为
$$
\rho \equiv \sum_{\sigma=1}^n \psi_\sigma^{\star} \psi_\sigma
$$

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