問題 7-9 の解答例 経路積分問題 2020.12.19 Problem 7-9 Use this result Eq. (7-68) to show that if S corresponds to a harmonic oscillator (1)S=m2∫t1t2[x˙2−ω2x2]dt then ⟨exp{iℏ∫t1t2f(t)x(t)dt}⟩=⟨1⟩exp{iℏmω2sinω(t2−t1)[2x2mw∫t1t2f(t)sinω(t−t1)dt+2x1mω∫t1t2f(t)sinω(t2−t)dt(2)−2m2ω2∫t1t2dt∫t1tf(t)f(s)sinω(t2−t)sinω(s−t1)ds]} where x1 and x2 are the initial and final coordinates of the oscillator. ( 解答 ) 調和振動子の古典的経路に対する作用 Scl は, 問題 2-2 中の式 (2-9) で与えれている: (3)Scl=mω2sinωT[(x22+x12)cosωT−2x2x1] ただし T=t2−t1 である. また, 外力が働いている調和振動子の古典的経路に対する作用 Scl′ は, 問題 3-11 中の式 (3-66) で与えれている: Scl′=mω2sinωT[(x22+x12)cosωT−2x2x1+2x2mω∫t1t2dtf(t)sinω(t−t1)+2x1mω∫t1t2dtf(t)sinω(t2−t)(4)−2m2ω2∫t1t2dt∫t1tdsf(t)f(s)sinω(t2−t)sinω(s−t1)] ただし表記を a→1,b→2 に変更した. 式 (4) から式 (3) を引き算することで (i/ℏ){Scl′−Scl} を求めると, iℏ{Scl′−Scl}=iℏmω2sinωT[2x2mω∫t1t2dtf(t)sinω(t−t1)+2x1mω∫t1t2dtf(t)sinω(t2−t)(5)−2m2ω2∫t1t2dt∫t1tdsf(t)f(s)sinω(t2−t)sinω(s−t1)] この結果式 (5) を 式 (7-68) に代入すれば, 題意の式 (2) が得られる: (7-68)⟨exp{iℏ∫f(t)x(t)dt}⟩=⟨1⟩exp{iℏ(Scl‘−Scl)}=⟨1⟩exp{iℏmω2sinω(t2−t1)[2x2mw∫t1t2f(t)sinω(t−t1)dt+2x1mω∫t1t2f(t)sinω(t2−t)dt(6)−2m2ω2∫t1t2dt∫t1tf(t)f(s)sinω(t2−t)sinω(s−t1)ds]} ただし T=t2−t1 である.