停留位相と WKB:この部の環を閉じる
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量子力学入門 第7部 第8章 §7.8.4 ★★ 経路積分と WKB のつながり(発展だが核心)
一般の では (7.8.1) は厳密に閉じないが、 の停留位相近似が使える:積分は の古典経路の近傍が支配し、2次のゆらぎまで拾うと
(van Vleck の公式;自由粒子と調和振動子ではこれが厳密になる——作用が2次だからで、調和振動子で WKB が厳密だった第5章の事実の経路積分側の顔である)。位相は Hamilton の主関数 (§7.2.6)、振幅は ——「終点を動かしたとき始運動量がどれだけ変わるか」=古典軌道の束の広がり具合であり、WKB の (流れの保存)の多次元版にあたる。エネルギー表示に Fourier 変換(停留位相=§7.2.3 の Legendre 変換 …の逆)すれば、第3章の WKB 波動関数 がそのまま回収される。
経路積分のまとめ——この部の三位一体
- Trotter 分解+完全性の挿入で が導出される。位相空間版の 積分=Legendre 変換(§7.2.3)。
- 自由粒子・調和振動子は厳密に解け、。Mehler 核のトレースから が固有値問題なしで出る。
- の停留位相(van Vleck)が WKB を再現:経路積分(大域的な和)・Hamilton–Jacobi(古典の偏微分方程式)・WKB(波動方程式の 展開)は同じ半古典物理の3つの言語である。
- 虚時間 で分配関数へ(Wick 回転)——統計力学との橋。
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