
Problem 8-1
Note that the amplide to go from any state to another state is the transition
amplitude as defined in Eq. (7-1).
Suppose and are expanded in terms of the orthogonal function , the solutions to the wave equation associated with the kernel , as discussed in Sec. 4-2. Thus
Using the coefficients and and Eq. (4-59), show that the transition amplitude can be witten as
Next, suppose we choose a special pair of functions and for which the expansion on the right-hand side of Eq. (8-24) is simple. Then after obtaining the functions we could get some information about the wave functions from the expansions of Eq. (8-23). Suppose we choose the functions and in the following way
These functions represent gaussian distributions centered about and , respectively.
We shall call and . Determine the transition amplitude , where and are given by Eqs. (8-25) and (8-26), respectively, and the kernel is that for a harmonic oscillator, Eq. (8-1). Perform the integrals in Eq. (8-24) to get
From this result show that and that
Using this result in Eq. (8-23) and write for the form given by Eq. (8-7) considering the still unknown. From this derive the generating function of Eq. (8-9) for these functions .
( 解答 ) 【 a 】 遷移要素 に式 (8-10): と式 (8-23) を代入し, 関数 の規格直交性を用いるならば,
よって,
【 b 】 遷移要素 に核の式 (8-1), 及び と の式 (8-25), 式 (8-26) を代入すると,
まず D.F.Styer の解答を参照して, 変数を次のような無次元量に変換する:
すると式 (2) は次となる:
積分を簡単に実行するために, 座標軸を 回転して新しい変数 に変更する.これは単なる座標回転であるから, 積分範囲に変更はないし余計な因子も発生しない:
すると, 式 (4) の積分部分は分離した2つの積分となる:
各々の積分は,Feynman-Hibbsの付録「役に立つ定積分」にある公式
を当てはめて実行出来る.また, 式 (8-11) から
も利用する.すると式 (4) すなわち式 (2) は結局次となる:
よって式 (8-24) は次となる:
この問題に一致する議論が Schiff の § 13 (p.87) で為されている.そこの結果をここの問題に合わせて表わすならば,
これを用いると, 式 (2) は次のように表される:
この積分部分を feynman&Hibbs 付録の公式
を利用して実行するならば, やはり式 (9) と同じ結果となることが分かる.
【 c 】 と を式 (8-28) の形であるとして, 式 (8-27) の右辺に代入すると
そこで式 (8-27) の左辺を次のように書いてみる:
以上の式 (14) と式 (15) を比較して, 次であれば良いことが分かる:
そこで と仮定して, これを上式の左辺に代入して見ると, のテイラー展開公式: を利用することで式 (16) の右辺に一致することが分かる:
よって が式 (8-28) の形であるならば, は で良いことが示された.
【 d 】 として式 (8-7) を仮定し, 式 (8-25) と式 (8-28) を式 (8-23) に代入してみる. ただし簡単化のために変数を次のように置き換える:
すると, 式 (8-25) と式 (8-28) および式 (8-7) は次に書ける:
これらを式 (8-23): に代入すると,
そこで, 次のような置き換えをする:
すると, 上式は次のように書き直すことが出来る:
これはまさに関数 に対する母関数についての式 (8-9) である.