Uma abordagem clássica para mecânica quântica

(1)

UMA A B O R D A G E M C L Á S S I C A VARA A M E C Â N I C A Q U Â N T I C A

D I S S E R T A Ç Ã O S U B M E T I D A A U N I V E R S I D A D E F E D E R A L D E S A N T A C A T A R I N A P A R A A O B T E N Ç Ã O D O G R A U D E M E S T R E E M CIÊNCIAS

LUIZ R O B E R T O E V A N G E L I S T A M A IO - 1983

(2)

E S T A D I S S E R T A Ç Ã O F O I J U L G A D A A D E Q U A D A P A R A A O B T E N Ç Ã O D O T l T U L O D E " M E S T R E EM C I Ê N C I A S " E S P E C I A L I D A D E E M F l S I C O - Q U l M I C A , O P Ç Ã O F l S I C A T E Õ R I C A E A P R O V A D A E M S U A F Ò R M A F I N A L P E L O È R O G R A M A D E P Õ S - G R A D U A Ç Ã O . P r o f . F E R N A N D O C A B R A L , P h . D, O r i e n t a d o r1 B A N C A E X A M I N A D O R A : P r o f . L U I S T A Y L O R S. S I E D L E R , Ph. D, C o o r d e n a d o r P r o f . V I N C E N T B U O N O M A N O , Ph. D, P r o f . W A G T Œ R D E F I G U E I R E D O , Dr.

(3)

Wem Veuò podo, daft nem o h o m e m /ie.ce.be/L nad a ma-Lò e x c e l e n t e que a verdade.

[Vlutafico, V e Iò á. de I 3 5 7 C)

A kpanec-ida k n t o n L a z L m Z n h a eàpoòa, com amon..

(4)

A G R A D E C I M E N T O S A F U N D A Ç A O U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L DE M A R I N G Á e ao C N P q , p e l o a p o i o f i n a n c e i r o ; A U N I V E R S I D A D E F E D E R A L D E S A N T A C A T A R I N A ; Ao P r o f . Dr. F E R N A N D O C A B R A L , p e l a v a l o r o s a o r i e n -t a ç a o ; g e s t õ e s ; A o P r o f . Dr. S U B R A M A N I A J A Y A R A M A N , p o r i n ú m e r a s s u -A o s a m i g o s C -A R L O S -A L B E R T O K U H N E N e S E R G I O E D U A R D O M I C H E L I N , p o r i n c o n t á v e i s e p r o v e i t o s a s d i s c u s s õ e s ; A B I B L I O T E C A DO I N S T I T U T O D E F l S I C A D A U F R S , p e l o p r o n t o a t e n d i m e n t o as r e f e r ê n c i a s s o l i c i t a d a s ; A o s A M I G O S D A F U E M e a o s C O L E G A S da P Õ s - G r a d u a ç ã o .

(5)

A p r e s e n t a - s e u m a a b o r d a g e m c l á s s i c a p a r a a M e c â n i c a O u â n t i c a q u e s e d e s e n v o l v e a p a r t i r d e u m a f u n ç ã o l a g r a n g e a n a g e r a l e s t a b e l e c i d a p o r p r o c e d i m e n t o s c l á s s i c o s . O b t é m - s e u m a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a , d e n o m i n a d a d e f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a h i d r o d i n â m i ca e d e m o n s t r a - s e a e q u i v a l ê n c i a g e r a l e n t r e o s c á l c u l o s d o s v a l o r e s m é d i o s d a s f u n ç õ e s P ^ , P ^ 2 , e H ^ 2 d e s t a f o r m u l a ç ã o e o s o p e r a d o r e s P, P 2 , A e fí2 d a f o r m u l a ç ã o u s u a l . N a s e q ü ê n c i a , d e f i n e - s e u m a v a r i á v e l t e m p o r a l h i d r o d i n â m i c a q u e e n v o l v e d u a s c o m p o n e n t e s t e m p o r a i s p r e v i a m e n t e in - t r o d u z i d a s : o p a r â m e t r o "t" da f o r m u l a ç ã o u s u a l e o p a r â m e t r o "t^" c h a m a d o d e c o m p o n e n t e t e m p o r a l i m a g i n á r i a . A p a r t i r d i s s o se e s t a b e l e c e m â s e q u a ç õ e s d e t r a j e t ó r i a p a r a a l g u n s problemas uni d i m e n s i o n a i s , c o m o a p a r t í c u l a l i v r e , a p a r t í c u l a n a c a i x a , o p a c o t e g a u s s i a n o e o s e s t a d o s c o e r e n t e s d o o s c i l a d o r h a r m ô n i c o . O s r e s u l t a d o s o b t i d o s p e r m i t e m e s t i m a r as r e l a ç õ e s d e i n c e r t e z a e n e r g i a - t e m p o p a r a o p a c o t e g a u s s i a n o e p a r a o s e s t a d o s c o e r e n t e s d o o s c i l a d o r h a r m ô n i c o q u e c o n c o r d a m c o m o s r e s u l t a d o s p r e v i s t o s n a f o r m u l a ç ã o u s u a l . D i s c ü t e m - s e , p o s t e r i o r m e n t e , a s p o s s i b i l i d a d e s d e i n t e r p r e t a ç ã o d o p a r â m e t r o t e m p o r a l e m c o n e x ã o c o m u m o p e r a d o r t e m p o a d e q u a d o a s e r d e f i n i d o n a f o r m u l a ç ã o u s u a l d a M e c â n i c a Q u â n t i c a . V

(6)

A B S T R A C T

A c l a s s i c a l a p p r o a c h t o Q u a n t u m M e c h a n i c s w h i c h is d e v e l o p e d f r o m a g e n e r a l l a g r a n g i a n f u n c t i o n obtained by c l a s s i c a l p r o c e d u r e s is p r e s e n t e d . An hamiltonian function called "hidrodynamical h a m i l t o n i a n f u n c t i o n " is o b t a i n e d a n d t h e g e n e r a l e q u i v a l e n c e b e t w e e n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m e a n - v a l u e s o f t h e f u n c t i o n s , P f 2 , H_£, H ^ 2 o f t h i s f o r m u l a t i o n a n d t h e o p e r a t o r s P, P 2 , 9, H 2 f r o m u s u a l f o r m u l a t i o n is d e m o n s t r a t e d . F u r t h e r , a n h i d r o d y n a m i c a l t i m e v a r i a b l e is d e f i n e d , w h i c h h a s t w o t i m e c o m p o n e n t s i n t r o d u c e d p r e v i o u s l y : t h e t i m e p a r a m e t e r "t" o f t h e u s u a l f o r m u l a t i o n a n d t h e t i m e p a r a m e t e r " t , c a l l e d " i m a g i n a r y t i m e c o m p o n e n t " . F r o m t h e s e r e s u l t s t h e " t r a j e c t o r y e q u a t i o n s " a r e d e v e l o p e d f o r s o m e o n e d i m e n s i o n a l p r o b l e m s (free p a r t i c l e , p a r t i c l e i n a b o x , g a u s s i a n w a v e p a c k e t a n d c o h e r e n t s t a t e s of t h e h a r m o n i c o s c i l l a t o r ) . T h e r e s u l t s w e r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e e n e r g y - t i m e u n c e r t a i n t y r e l a t i o n s f o r t h e g a u s s i a n w a v e p a c k e t a n d f o r t h e c o h e r e n t s t a t e s o f t h e h a r m o n i c o s c i l l a t o r , w h i c h a g r e e w i t h t h e u s u a l p r e d i c t i o n s . T h e p o s s i b l e i n t e r p r e t a t i o n s o f t h e t i m e p a r a m e t e r in r e l a t i o n t o t h e t i m e o p e r a t o r i n u s u a l f o r m u l a t i o n of Q u a n t u m M e c h a n i c s , a r e a l s o d i s c u s s e d .

(7)

D e s d e q u e f o i p r o p o s t a d e m a n e i r a m a i s o u m e n o s d é f i n i t i v a , a M e c â n i c a Q u â n t i c a t e m s u s c i t a d o n ã o p o u c o s d e b a t e s e m t o r n o d e s u a s i n t e r p r e t a ç õ e s e m e s m o e m t e r m o s d e s u a s p r e v i s õ es , q u e r e p r e s e n t a m u m a d a s m a i s d r á s t i c a s r u p t u r a s a t é h o j e s o f r i d a s p e l a c i ê n c i a . N a m e s m a é p o c a e m q u e S C H R Ö D I N G E R p u b l i c a v a s u a v e r s ã o d a M e c â n i c a Q u â n t i c a (19 2 6 ) , p e l o m e n o s d u a s f o r m u l a ç õ e s a l t e r n a t i v a s já se a p r e s e n t a v a m p a r a a T e o r i a Q u â n t i c a : a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a d e M A D E L U N G ^ ^ e a t e o r i a d a o n d a - p i l o t o d e D E B R O G L I E N a v e r d a d e , s e g u n d o D E B R O G L I E , a i n t e r p r e t a ç ã o h i d r o d i n â m i c a f o i p o r é l e p r e c i s a d a e d e n o m i n a d a d e t e o r i a d a o n d a . n 4.' (03) - p i l o t o . N o v a s t e n t a t i v a s s u r g i r i a m e m t o r n o d o s a n o s c i n q ü e n ta. T o d a s e l a s c a r a c t e r i z a v a m - s e p o r p r o c u r a r u m a i n t e r p r e t a ç ã o a l t e r n a t i v a p a r a a M e c â n i c a Q u â n t i c a , s o b r e t u d o n a q u e l e s a s p e c - t o s j u l g a d o s i n s a t i s f a t o r i a m e n t e r e s p o n d i d o s p e l a ;i n t e r p r e t a ç ã o u s u a l . D e n t r o d e s s a t e n d ê n c i a g e r a l d e q u e s t i o n a m e n t o ã i n t e r p r e t a ç ã o c o r r e n t e , d e s t a c a m - s e a l g u n s t r a b a l h o s d e m a i o r e n v e r g a d u ra, c o m o o s d e B O H M (04), T A K A B A Y A S H I (05) , V I G I E R (06) , N E L S O N (07), H I R S C H F E L D E R (08) , D E L A P E R A (09) e n t r e o u t r o s . D e t a l f o r m a se a v o l u m a r a m as a l t e r n a t i v a s d e i n t e r p r e t a ç ã o p a r a a M e c â n i c a Q u â n t i c a e t a n t o s e d i v e r s o s f o r a m s e u s r e s u l t a d o s q u e t o r n a - s e a t é u m p o u c o t r a b a l h o s o s i t u a r - s e i n t e i r a m e n t e d e n t r o d e u m a d e l a s . O q u e há, às v e z e s , é u m i n t e r c â m - b i o e n t r e a s d i v e r s a s f o r m u l a ç õ e s a l t e r n a t i v a s q u e p o s s i b i l i t a u s a r e m - s e m u t u a m e n t e c o m o c r i t é r i o d e c o n f i a b i l i d a d e , p e l o m e n o s e m c e r t o s p o n t o s p a r t i c u l a r e s . T a l é, n u m e x e m p l o b a s t a n t e t r i v i a l , a c o m p l e t a e q u i v a l ê n c i a e n t r e as v e l o c i d a d e s s i s t e m á t i c a e

(8)

e e s t o c ã s t i c a , d a f o r m u l a ç ã o e s t o c á s t i c a d a M e c â n i c a Q u â n t i c a , d e s e n v o l v i d a d e s d e o t r a b a l h o d e N E L S O N a c i m a r e f e r i d o , e a s v e l o c i d a d e s " r e a l " e " i m a g i n á r i a " d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a q u e a q u i e n f o c a r e m o s . P o r o u t r o l a d o , h ã t a m b é m m u i t o s o u t r o s p o n t o s d e d i v e r g ê n c i a . E s s a s s i t u a ç õ e s e o s a s p e c t o s p a r t i c u l a r e s d a s d i f e r e n t e s i n t e r p r e t a ç õ e s a l t e r n a t i v a s , e n c o n t r a m - s e c o m m a i o r e s d e t a l h e s s o b r e t u d o n o s t r a b a l h o s d e B U N G E ^ ^ , J A M M E R ^ ^ e BOH M ^1^ e n t r e o u t r o s . N e s t e n o s s o t r a b a l h o p r e t e n d e m o s r e t o m a r a f o r m u l a - ç ã o o r i g i n a r i a m e n t e p r o p o s t a p o r M A D E L U N G e, p a s s a n d o p o r a l g u m a s c o n t r i b u i ç õ e s p o s t e r i o r e s - n o t a d a m e n t e as d e H I R S C H F E L D E R - d e s e n v o l v e r u m a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a m a i s g e r a l , o n d e a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r a p a r e ç a p o r d e r i v a ç ã o a p a r t i r d e u m a f u n ç ã o L a g r a n g e a n a o b t i d a p o r p r o c e d i m e n t o s c l á s s i c o s . E s t e f a t o é d i g n o de n o t a , p o i s o q u e se p r e t e n d e é, d e f a t o , m a n t e r u m a a n a l o g i a f o r t e c o m a M e c â n i c a C l á s s i c a , n o i n t e r i o r d a M e c â n i c a .Q u â n t i c a . C o m o ê b e m s a b i d o , e s s a t e n t a t i v a d e u m a a b o r d a g e m c l á s s i c a p a r a a M e c â n i c a Q u â n t i c a n ã o é n o v a . P a r a v o l t a r m o s a e l a c o m a l g u m a e s p e r a n ç a de ê x i t o , d e v e m o s e s t a b e l e c e r a l g u m c r i t ê r i o de d e m a r c a ç ã o - n ã o n o s e n t i d o f i l o s ó f i c o p l e n o d o t e r m o , m a s n u m s e n t i d o m e t o d o l ó g i c o r e s t r i t o - q u e n o s p e r m i t a a v a l i a r q u a l a p r o b a b i l i d a d e d e q u e n o s s o d e s e n v o l v i m e n t o a p r e s e n t e -r se c o m o c o n t r i b u i ç ã o d e a l g u m v a l o r . P a r a t a n t o , d e v e r e m o s e s t a r s e m p r e a t e n t o s a o s c a s o s l i m i t e s d a s e q u a ç õ e s e, s o b r e t u d o ,a t e n t o s â p o s s i b i l i d a d e d e equi v a l ê n c i a e n t r e os n o s s o s d e s e n v o l v i m e n t o s e os r e s u l t a d o s j ã e s t a b e l e c i d o s . S e r i a i n ú t i l o e s f o r ç o d e d e s e n v o l v e r q u a l q u e r t r a b a l h o q u e , a o i n v ê s d e r e p r e s e n t a r u m a c o n t r i b u i ç ã o n o s e n t i d o d e c r e s c i m e n t o p a r a a t e o r i a , f o s s e a o c o n t r á r i o , u m r e t o r n o a p os i ç õ e s u l t r a p a s s a d a s . P e n s a n d o n i s s o , t o d a a p r i m e i r a p a r t e d o t r a b a l h o con s i s t e e m e s t a b e l e c e r as e q u a ç õ e s q u e t ê m e s t r u t u r a e s s e n c i a l m e n t e c l á s s i c a s , c o m o ê o c a s o d a s d u a s e q u a ç õ e s d e c o n s e r v a ç ã o o b t i d a s p o r s e p a r a ç ã o d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r , j á n a p r i m e i r a se ç ã o d o C A P I T U L O I, e t o d o o d e s e n v o l v i m e n t o p o s t e r i o r c a l c a d o n a a n a l o g i a c o m a s e q u a ç õ e s d e m o v i m e n t o d e H a m i l t o n . A ê n f a s e , d e \

(9)

d u p l o s e n t i d o . T a n t o se b u s c a u m a f o r m a q u â n t i c a p a r a as e q u a ç õ e s c l á s s i c a s q u a n t o u m a f o r m a c l á s s i c a p a r a a s e q u a ç õ e s quânt_i cas. N o t e - s e , n o e n t a n t o , q u e n ã o h ã u m a t e n t a t i v a d e r e d u z i r a s e q u a ç õ e s q u â n t i c a s e m e q u a ç õ e s c l á s s i c a s . 0 c o n t e ú d o d e l a s é r a d i c a l m e n t e d i v e r s o . A s f o r m a s s ã o s e m e l h a n t e s . N u m a s e g u n d a p a r t e , o t r a b a l h o c o n c e n t r a - s e e m d e m o n s t r a r , n o s e i o d a f í s i c a q u â n t i c a , u m a e q u i v a l ê n c i a d e t r a t a m e n t o . N o c á l c u l o d o s v a l o r e s m é d i o s d a s f u n ç õ e s d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a , q u e a g o r a se a s s o c i a m âs v a r i ã v e i s d i n â m i c a s c o m o n a f o r m u l a ç ã o u s u a l se f a z c o m os o p e r a d o r e s h e r m i t i a n o s , p o d e - se o b t e r u m m é t o d o d e r e s o l u ç ã o m a i s r ã p i d o e d e e s t r u t u r a e m ge r a l m a i s s i m p l e s . A s s i m , e s s a s e g u n d a p a r t e é d e d i c a d a â d e m o n s t r a ç ã o g e n é r i c a d a e q u i v a l ê n c i a d ó s v a l o r e s m é d i o s c a l c u l a d o s a p a r t i r d a s f u n ç õ e s h i d r o d i n â m i c a s e d o s o p e r a d o r e s d a f o r m u l a ç ã o u s u a l . S e n e s s e s a s p e c t o s g e r a i s o t r a b a l h o s e m o s t r a e m a n a l o g i a c o m a f o r m u l a ç ã o u s u a l e a M e c â n i c a C l á s s i c a - r e s s a l v a d a a t e n t a t i v a d e u m a g e n e r a l i z a ç ã o d a r e l a t i v i d a d e e m c a r á t e r d e i n v e s t i g a ç ã o p r e l i m i n a r , s e m g r a n d e s p r e t e n ç õ e s - n o m o m e n t o d a i n t r o d u ç ã o d o p a r â m e t r o t e m p o r a l d e n o m i n a d o d e '" i m a g i n á r i o " ( p o r q u e e f e t i v a m e n t e a v a r i á v e l t e m p o r a l h i d r o d i n â m i c a é c o m p l e x a e e s s e p a r â m e t r o c o r r e s p o n d e â p a r t e i m a g i n á r i a d e s s a v a r i á - v e l ) , h á u m a d i v e r g ê n c i a d i g n a d e s e r m e n c i o n a d a . E s s e t e m p o "iita. g i n ã r i o " é, e m p r i n c i p i o , a l g o e s t r a n h o e m t e r m o s d e M e c â n i c a Q u â n t i c a . T o d a v i a , é a i n d a m a i s e s t r a n h o e m t e r m o s c l á s s i c o s , on d e n ã o h ã a n a l o g i a p o s s í v e l . S o b r e os p a r â m e t r o s t e m p o r a i s i n i - c i a l m e n t e s e e s t u d a m as t r a j e t ó r i a s q u â n t i c a s , p o i s s u a i n t r o d u ç ã o n a t e o r i a t e m , p r i m a r i a m e n t e , e s s e o b j e t i v o . C o n t u d o , n u m s e g u n d o m o m e n t o , os p a r â m e t r o s t e m p o - r a i s s ã o a n a l i s a d o s e m c o n e x ã o c o m as r e l a ç õ e s d e i n c e r t e z a e n e r g i a - t e m p o , n a t e n t a t i v a d e d e s e n v o l v e r u m m é t o d o p a r a o e s t a b e l e c i m e n t o d i r e t o d a s d i s p e r s õ e s a s s o c i a d a s â s v a r i ã v e i s t e m p o r a i s . A n t e s d e s s a a n á l i s e p r o p r i a m e n t e d i t a , o p r o b l e m a d o o p e r a d o r t e m p o n a f o r m u l a ç ã o u s u a l é l i g e i r a m e n t e s u g e r i d o , d e m o d o a p r e p a r a r u m d e s f e c h o e m t e r m o s d e p o s s i b i l i d a d e s d e q u e i.x

(10)

as t a i s v a r i á v e i s t e m p o r a i s d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a p o s s a m s u g e r i r u m a f o r m a p a r a o o p e r a d o r t e m p o n a f o r m u l a ç ã o u s u a l . F i n a l i z a n d o e s t a i n t r o d u ç ã o , d e v e m o s e s c l a r e c e r u m p o n t o d e v i t a l i m p o r t â n c i a . 0 t í t u l õ d e n o s s o t r a b a l h o p o d e s u g e r i r u m a a b r a n g ê n c i a e p r o f u n d i d a d e m u i t o m a i o r d o q u e a a b r a n g ê n c i a e p r o f u n d i d a d e e f e t i v a s . E s s e t í t u l o se d e v e m u i t o m a i s â l i n h a d e a l t e r n a t i v i d a d e d e s e n v o l v i d a n a e s t e i r a d o s t r a b a l h o s de M A D E L U N G e H I R S C H F E L D E R , s o b r e t u d o , d o q u e a u m a p o s s í v e l p r e t e n s ã o d e a b s o l u t a o r i g i n a l i d a d e .

(11)

C A P I T U L O I - F O R M U L A Ç Ã O H I V R O V I N Á M I C A VA M E C Â N I C A Q U Â N T I C A 1.1. F o A m u l a ç â o hidfio d i n â m i c a o r i g i n a l ... ... 0 1

1.1.1. E x e m p l o 6 i l u s t r a t i v o 6 ... 06 1.2. F o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a r e c e n t e ... 11 1.3. At, equações da formulação hidrodinâmica e a equação de Schrddinger 11 1.4. Esboço de uma f o r m u l a ç ã o hidrodinâmica re£ativZstica... 22

C A P I T U L O II - C Á L C U L O VOS V A L O R E S VAS P U N Ç Õ E S f P ^ H ^ , H 2 ., NA F O R M U L A Ç Ã O H I V R O V I N Â M I C A VA M E C Â N I C A Q U Â N T I C A ... ... .. 2 7 C A P Í T U L O III - AS R E L A Ç Õ E S V E I N C E R T E Z A E N E R G I A -TEM PO 3.1. 0 t e m p o como um o b s e r v á v e l na M e c â n i c a Q u â n t i c a ... .. 36 3.2. 0 o p e r a d o r t empo e a p a r t í c u l a l i v r e ... .. 3 7 3.3. 0 t e m p o de e s t a c i o n a r i e d a d e ... 40 3.4. 0 p a p e l das c o m p o n e n t e s "real" e " i m a g i n á r i a ” do t e m p o na f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a da M e c â n i c a Q u â n t i c a .... 42 3.4.1. I n t r o d u ç ã o ... .. 43 3.4.2. E x e m p l o s ... ... 43 3.5. At r é l a ç õ e s de i n c e r t e z a e n e r g i a - t e m p o ... 50 3.6. 0 o p e r a d o r tempo e a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a da M e c â n i c a Q u â n t i c a .... ... ... .. 59 C A P Í T U L O 11/ - C O N C L U S Õ E S ... . ... .. 64 B I B L I O G R A F I A ... ... ... 68

(12)

A V V E R T E N C 1 A P o r r a z õ e s d e o r d e m t é c n i c a , e m t o d o o t r a b a l h o c o n s t a n t e h d e v e s e r t o m a d a c o m o , ( c o n s t a n t e d e P l a n c k ) h = ---2tt q u e , n u m e r i c a m e n t e , v a l e : _ 27 h = 1 . 0 5 4 x 10 e r g s . s

(13)

F O R M U L A Ç Ã O H lV R O V 1 W Ã M I C A PA M E C Â N I C A Q U Â N T I C A

J.7.

T O A m u l a ç ã o klduo d i n â m i c a oAlglnat. A F o r m u l a ç ã o H i d r o d i n â m i c a d a M e c â n i c a Q u â n t i c a f o i i n i c i a l m e n t e p r o p o s t a p o r M A D E L U N G q u e p r e t e n d i a e n c o n t r a r u m a i n t e r p r e t a ç ã o d a M e c â n i c a Q u â n t i c a e m t e r m o s d a F í s i c a C l á s s i c a , c o m o S c h r ö d i n g e r , p o r s u a v e z , t e n c i o n a v a i n t e r p r e t ã - l a e m - - ( 1 3 ) c o n e x ã o c o m o s f e n o m e n o s o n d u l a t o r i o s . N a e s t e i r a d e s s e t r a b a l h o , a p a r e c e r a m o u t r a s p u b l i c a ç õ e s q u e a p r o f u n d a v a m o t e m a e d a v a m - l h e u m a v e r s ã o m a i s e l a b o r a (4-9) — da. D e n t r e e l a s , d e s t a c a r e m o s o s t r a b a l h o s m a i s r e c e n t e s d e H I R S C H F E L D E R a p a r t i r d o q u a l f a r e m o s n o s s o s u l t e r i o r e s d e s e n v o l v . i m e n t o s . C o m e c e m o s p o r i n t r o d u z i r u m a f u n ç ã o d e o n d a , g e n e r i c a m e n t e e s c r i t a como : W = p e x p [i —] h o n d e p é a d e n s i d a d e d e p r o b a b i l i d a d e e S a a ç ã o , a m b a s d a p o s i ç ã o e d o t e m p o , a s a b e r , P = P (r,t) S = S (r,t) O r a , a f o r m a c l á s s i c a , P = m v, s u g e r e - n o s u m a f o r t e a n a l o g i a n a M e c â n i c a Q u â n t i c a e, a s s i m , c o n f o r m e H I R S C H F E L D E R ^ 08} p o m o s , P Y = m V V (1.2) (1.1) f u n ç õ e s

(14)

02 o n d e V é a g o r a a v e l o c i d a d e q u â n t i c a , q u e é i m a g i n á r i a e c o n s t i t u í d a de d u a s c o m p o n e n t e s r e a i s , o u s e j a , V ■= v + i v ._i I s s o p o s t o , p o d e m o s r e e s c r e v e r a e q u a ç ã o (2) n a f o r m a e x p l í c i t a P ¥ = m (v + i v^) ¥ (1.3) m a n t e n d o a c o r r e s p o n d ê n c i a p a r a o o p e r a d o r P, i s t o é, P ->■ - i h V U s a n d o a e q u a ç ã o (1.3) e s u a c o n j u g a d a c o m p l e x a e e x p l i c i t a n d o o o p e r a d o r P, o b t e m o s u m a e x p r e s s ã o m a i s g e r a l e d e t a l h a d a p a r a as c o m p o n e n t e s d a v e l o c i d a d e q u â n t i c a , a s a b e r , v = V Zn ¥ * / ¥ 2 m v. = --- — V. SLn (1.4) 1 2m q u e , c o m o a u x í l i o d a e q u a ç ã o (1.1) a i n d a se e s c r e v e : + ■ v = — m v. = - A - ^ (1.5) 1 2m p E s t a s v e l o c i d a d e s p e r m i t e m - n o s e n c o n t r a r e i n v e s t i - g a r as " t r a j e t ó r i a s q u â n t i c a s " d a p a r t í c u l a s o b c o n s i d e r a ç ã o , a p a r t i r d e i n t e g r a ç ã o s o b r e o c o n j u n t o (1.4). P a r a t a n t o , l e m b r a m o s q u e c l a s s i c a m e n t e t í n h a m o s : d r , „ ,, v = — (1.6) dt

(15)

e a g o r a p o r a n a l o g i a , d e f i n i r e m o s : 3t | . v = — 3t I 't . = c t e _i (1.7) 3r v . = —_i 3 t . I 1 ' t = c t e o n d e "t" ê a c o m p o n e n t e u s u a l d o t e m p o e " t^ " a " c o m p o n e n t e i m a g i n á r i a " a g o r a i n t r o d u z i d a . A s d e r i v a ç õ e s s ã o e f e t u a d a s t o m a n d o - s e s e p a r a d a m e n t e o r a a " c o m p o n e n t e i m a g i n á r i a " p a r a v, o r a a c o m p o n e n t e r e a l p a r a v^. O s p a r a m e t r o s t e m p o r a i s "t" e "t^" t e m p o r f i n a l i d a d e p r e c í p u a a d e a u x i l i a r a o b t e n ç ã o d a s e q u a ç õ e s d e t r a j e t õ r i a , i s t o é, e q u a ç õ e s d a f o r m a : r = r í t j t J v = v ( t /t ±) (1.8) v . = v . ( t , t .)_i _i _i E s t a n o v a p o s s i b i l i d a d e i n t r o d u z i d a p o r "t^" t e m u m a c o n s e q ü ê n c i a b a s t a n t e r e l e v a n t e , q u e é a d e p e r m i t i r a a b o r d a g e m d a s " t r a j e t ó r i a s q u â n t i c a s " , o q u e n ã o ê f a c t í v e l n a f o r m u l a ç ã o u s u a l da M e c â n i c a Q u â n t i c a , s e n d o e s s a " i m p o s s i b i l i d a d e " u m a n o -/ 1 -/ \ t a d i s t i n t i v a e n t r e e l a e a F í s i c a C l á s s i c a . M a i s a d i a n t e , t e n t a r e m o s u m a i n t e r p r e t a ç ã o m a i s a p u r a d a d o p a r â m e t r o "t^" a p a r t i r d a r e s o l u ç ã o d e a l g u n s p r o b l e m a s s i m p l e s e d o c á l c u l o d o s v a l o r e s m é d i o s h i d r o d i n â m i c o s , ( ), d e s s e p a r â m e t r o b e m c o m o d a i n s p e ç ã o s o b r e a r e l a ç ã o d e i n c e r t e z a E n e r g i a - T e m p o , e n v o l v e n d o a c o m p o n e n t e "t^". S a l i e n t a m o s a i n d a , a c e r c a d a e q u a ç ã o (1.5), q u e t a i s v e l o c i d a d e s t ê m c o m p l e t a a n a l o g i a c o m a s v e l o c i d a d e s s i s t e m á t i c a “V ^ ^ ^ ^ (v) e e s t o c a s t i c a (u) s u r g i d a s n a f o r m u l a ç a o e s t o c a s t i c a d a M e c â n i c a Q u â n t i c a , q u e v e m s e n d o d e s e n v o l v i d a e m i n ú m e r a s p u b l i c a - ç õ e s , n o t a d a m e n t e n o s t r a b a l h o s d e L A PEftrf08,15^ e B U O N O M A N O e n t r e o u t r o s .

(16)

04 P o d e m o s , p o i s , m e d i a n t e as e q u a ç õ e s p r o p o s t a s , s e p a r a r a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r e m u m a p a r t e r e a l e o u t r a i m a g i n á - ria. C o m a e q u a ç ã o (1.3) e s c r e v e m o s : P . (PY) = P . [ (mv + i mv\) Y] (1.9) q u e , m u l t i p l i c a d a p o r ¥ e u s a n d o a c o r r e s p o n d e n c i a P -»■ - i h V , f o r n e c e : - y 2 Y -1 -5— Y = —-— Y ”1 [ -i h m V . v + m h V . v . + m 2 v 2 - m 2 v 2 + 2 . m 2 v . v . ] ¥ 0 ~ 1 1 1 1 2 m 2m ou: ¥ 1 — ¥ = — m v 2 - — m v 2 + — ^.v. + i ( m v . v . - — V.v) (1.10) 2m 2 2 1 2 1 1 2 O r a , a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r é: P 2 DY — y + V Y = ih — (1.11) 2 m 3t o n d e , c o m o r e c u r s o ã f o r m a (1.1) d a f u n ç ã o d e o n d a , t e m o s : i h I I (A li l £ ! § ) y 3t 2p 3t .3t d e m o d o q u e (1.11) se e s c r e v e : f" 1 — T + V~1V'¥ = — — (1.1 2) 2m 2p 3t 3t e já p o d e m o s i n t r o d u z i r , n o l a d o e s q u e r d o d a e q u a ç ã o ( 1 .1 2) , o s r e s u l t a d o s d e (1.10) e o b t e r , p o r t a n t o , 1---2 h ± \7 • / ih 3 p 3S — m v 2 ---mv. + — V . v . + V + i ( m v . v . - — V.v) = — —- - — 2 2 1 2 1 1 2 2p 3t 3t (1.13) T o m a n d o s e p a r a d a m e n t e a p a r t e r e a l e i m a g i n á r i a d a e q u a ç ã o (1.13), o b t e m o s : 1 __mv'T 2 1 — 2 : • 2 ' h ä h £ _-t • T TT 3SdS - — mv. + — V.v. + V = - — (1.14) 2 2 1 2 1 3t

(17)

m v .v . - — V . v = ---- — (1.15) 1 2 2p 3t A e q u a ç ã o (1.15) p o d e s e r m a i s f a c i l m e n t e i d e n t i f i c a d a se n e l a s u b s t i t u i r m o s "v^" p o r s u a e x p r e s s ã o e m (1.5). A s s i m , ---- —^ = - ---- (v.Vp) - — V . v o u 2p 3t 2p = - ( v . V p ) - p (V.v) (1.16) 3t e f i n a l m e n t e , - ^ + V . (pv) = 0 (1.17) 3t se e m (1.16) u s a r m o s a i d e n t i d a d e v e t o r i a l V . (pv) = (V.v) p + v . (Vp) A e q u a ç ã o (1.17) é c o n h e c i d a c o m o a E q u a ç ã o d e Conti. n u i d a d e p a r a u m f l u i d o c l á s s i c o . A l é m d i s s o , u m a g e n e r a l i z a ç ã o d a E q u a ç ã o c l á s s i c a d e H a m i l t o n - J a c o b i se o b t é m a p a r t i r d e (1.14), p a r a c a s o s e s t a c i o - n a r i o s , a o f a z e r m o s v ^ = 0 o u P = m v , o q u e c o r r e s p o n d e a o l i m i te c l á s s i c o . A s s i m , (VS)2 = É - V (1.18) 2m ^ TT a s o n d e E = - — . 3t P o r o u t r o l a d o , n a q u e l e s p r o b l e m a s o n d e a f u n ç ã o d e o n d a ê r e a l , v = 0 e t e m o s , e n t ã o , a p e n a s c o n t r i b u i ç õ e s d a v e l o c i d a d e i m a g i n á r i a "vv" d e m o d o q u e p o d e m o s r e e s c r e v e r a e q u a ç ã o (1.14) c o m o : u <1 - V.v. = (E - V) + - m v 2. (1.19) 2 1 2 1

(18)

06 q u e é u m a e q u a ç ã o d e c o n s e r v a ç ã o d e e n e r g i a ( E q u a ç ã o M u l t i d i m e n s i o n a l d e R i c a t t i ) e p o d e s e r r e s o l v i d a , e m m u i t o s p r o b l e m a s d e (17) u t i l i d a d e , m a i s d i r e t a m e n t e q u e a E q u a ç a o d e S c h r ö d i n g e r . A s s i m , o p r o c e d i m e n t o d e s e n v o l v i d o n e s t a s e ç ã o , l e v a - n o s a u m c o n j u n t o d e e q u a ç õ e s e m g e r a l m a i s a c e s s í v e i s m a t e m a t i c a m e n t e e acen t u a a v i a b i l i d a d e d e u m a a n a l o g i a c l á s s i c a m a i s e s t r i t a e p e r m i te, a l é m d e t u d o , i n c o r p o r a r ã s i n t e r p r e t a ç õ e s d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r , a d e s c r i ç ã o d o m o v i m e n t o d e u m f l u i d o c l á s s i c o . D a í a d e n o m i n a ç ã o " H i d r o d i n â m i c o " a t r i b u í d a a o f o r m a l i s m o . 1.1.1. Exxtmp-loé Á.Z.uòtKCLtÁ.vOA . P a r a i l u s t r a r a a p l i c a b i l i d a d e d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a n e s t a v e r s ã o o r i g i n a l , t o m e m o s u m e x e m p l o s i m p l e s q u e é o c á l c u l o d a e n e r g i a p a r a o e s t a d o f u n d a m e n t a l d o O s c i l a d o r H a r m ô n i c o U n i d i m e n s i o n a l . N e s t e c a s o , a f u n ç ã o d e o n d a j á n o r m a l i z a d a é :

<y0 = (— ) ^ exp [-Mo)/2h x 2 ] hTT e 'F*'Fo = (— ) ^ e x p [ - — ] . A s s i m , v = 0 e v. = ux. A e q u a ç ã o h n h 1 (1.19) f o r n e c e e n t ã o : — 03 = (E - — moo2x 2 ) + — mco2x 2 (1 .20) 2 2 2 o u d i r e t a m e n t e , E = — h w 2 q u e é o v a l o r c o n h e c i d o d a e n e r g i a p a r a o e s t a d o f u n d a m e n t a l d o s i s t e m a . A l é m d i s s o , e m v i r t u d e d a s f o r m a s (1.7) p o d e m o s o b t e r a e q u a ç ã o d e t r a j e t ó r i a , q u e é X = A e x p ( w t ^ (1.21) ou, g r a f i c a m e n t e ,

(19)

A s c u r v a s c x , c 2 , c 3 s ã o r e s u l t a n t e s d e t r ê s escolhas d i s t i n t a s p a r a v a l o r e s p o s i t i v o s d e A e d a m e s m a f o r m a , Ci* , c 5 e c 6 / p a r a v a l o r e s n e g a t i v o s , o u s e j a , X = A e x p (iot^) p a r a X ^ 0 X =—A e x p (wt^) p a r a X < 0 N e s t e p r i m e i r o e x e m p l o , s u p u s e m o s o c o n h e c i m e n t o a n t e c i p a d o d a f u n ç ã o d e o n d a % . P o d e r í a m o s , n o e n t a n t o , r e s o l v ê - l o s e m t a l s u p o s i ç ã o . N e s t e c a s o , a e q u a ç ã o (1.19) se e s c r e v e r i a d i r e t a m e n t e c o m o : v, dv. 1 ' il 1 _ I 2 2 ' 2 — = E - — m u x + — m v f 2 d x 2 2 1 (1 . 20') c u j a s o l u ç ã o p o d e s e r o b t i d a d i r e t a m e n t e p o r s i m p l e s i n s p e ç ã o , f a z e n d o : v . _i = CÚX e a s s u m i n d o q u e E ê u m a c o n s t a n t e (caso e s t a c i o n á r i o ) . A s s i m , m e d i a n t e a v e l o c i d a d e v ^ d a d a , a e q u a ç ã o (1 .2O') f o r n e c e : E = — h w 2

(20)

08 q u e é o r e s u l t a d o a n t e r i o r m e n t e o b t i d o . U m o u t r o e x e m p l o , r e s o l v i d o p o r K U H N E N é a i n d a m a i s s i g n i f i c a t i v o . T r a t a - s e d e u m p r o b l e m a d e a m p l o i n t e r e s s e p a r a a f í s i c a m o l e c u l a r c u j a s o l u ç ã o - q u e d i f i c i l m e n t e p o d e s e r e n c o n t r a d a a p a r t i r d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r - f o i o b t i d a n a li t e r a t u r a a t r a v é s d o c á l c u l o v a r i a c i o n a l l i n e a r e d e m é t o d o s s e m i c l á s s i c o s : o h a m i l t o n i a n o i s o t r ó p i c o d e B a r b a n i s , P ’2 P 2 1 H = — + —^ + — yco2 (x2 + y 2 ) - a x y 2. (1.22) 2m 2m 2 (18) P a r a e s t a d o s e s t a c i o n á r i o s , a s f u n ç õ e s d e o n d a d e v e m s e r r e a i s , d e m o d o q u e d e v e m o s u s a r a e q u a ç ã o (1.19) e e s c r e v e r m o s : E - V ( x , y ) = - $.v. - - yv? (1.23) 2 1 2 1 A o c o n s i d e r a r m o s v ^ = x + v ^ y ( x /Y) Y/ a e q u a ç ã o (1.23) se t o r n a : 1 K 3V -:^ 1 . . v, 3v-. 1

ri _{E - — yu) (x2 + y ) + x y 2 = — --- - — yví}' 2 / 2 * 2 \ 2 I X 1 2 _{+ — --- yví}h I V I 2

2 2 8X 2 1 X 2 3y 2 ly (1.24) C o m o o p r o b l e m a ( para o c a s o e s t a c i o n á r i o ) é b a s i c a m e n t e o d e u m o s c i l a d o r h a r m ô n i c o , t o r n a - s e p e r t i n e n t e c o n s i d e - r a r q u e é s e m p r e o r t o g o n a l â s l i n h a s e q u i p o t e n c i a i s e t a m b é m q u e v. t e m a f o r m a d e u m g r a d i e n t e d e p o t e n c i a l , a s a b e r : V V = (yto2x - a y 2 ) x + ( y w 2y - 2 axy) y (1.25) e a s s i m , v. _ix= a x + b i y + b 2 12 z v . = b y + c i x y _{i y} (1.26) o n d e , a, b, bi, b 2 , Ci s ã o c o n s t a n t e s . A e n e r g i a d o s i s t e m a é d a d a por: < E >oo = / / / H ¥ 0d 3x (1 .27)

(21)

c o m ¥ 0 s e n d o a f u n ç ã o d e o n d a a p r o x i m a d a q u e c o r r e s p o n d e a o e s t a d o f u n d a m e n t a l d o s i s t e m a c a r a c t e r i z a d o p o r H. E n t ã o a e q u a ç ã o (1.27) se r e e s c r e v e : < E > 0 0 = / / / [— V . v . - — yv? + V] p d 3x (1.28) 2 1 2 1 c o m p = !T 0 |2 . L e m b r a n d o q u e V X v ^ = 0, o b t e m o s Ci = 2 b i . S u b s t i t u i n d o e s t e r e s u l t a d o e m (1.26) e r e e s c r e v e n d o (1.28) t e m o s :

< E >oo = — (a+b) - - y b 2- - yb* / / + °° (y 4+ 4 x 2y 2 ) d x d y (1.29)

2 2 2 00 d o n d e , p o r c o m p a r a ç ã o , t e m o s o s e g u i n t e c o n j u n t o d e e q u a ç õ e s : 2 2 ÜT = cLZ “2 = b ' + 2 b i b 2 ( 1 _30) a = - y b i ( a + 2b) b ah = y a b 2 c u j a s o l u ç ã o c o n d u z a: b “ + tob3 - - w 2b 2- o)3b + 1 (y2 - u M = 0 (1.31) 4 4 c o m 2 2 a 2h Y = " 7 “_{y w} C o n h e c i d a s a s c o n s t a n t e s , a s o l u ç ã o d e (1.29) r e q u e r íto d e p i s t o é, ¥ 0 . A d a s e x p r e s s õ e s (1.26) e s c r e v e - s e : o c o n h e c i m e n t o d e p i s t o é, ¥ 0 • A p a r t i r d a d e f i n i ç ã o d e v ^ e 1. 1 / \ -R r X x x 2 A 2y 2 X 3x y 2 À l x ^ 0 (x,y) = A e x p [ - —-— - - ■■ + —ü— (1 .32) 2 2 2 2 c o m , yw y b , 2a 2a Ax = A 2 = — , A 3 = --- --- e ---:----h h h(ca + 2b) yco (w + 2b) A l é m d i s s o , c o m o :

(22)

10 a 2 // + co - ^ i x2 - ^2 Y 2 + X 3x y 2 + X kx - °° 0 d x d y = 1 (1 .33) q u e é a c o n d i ç ã o d e n o r m a l i z a ç ã o p a r a T o / a o e x p a n d i r m o s o s d o i s ú l t i m o s t e r m o s d o i n t e g r a d o e m s é r i e , d e s p r e z a n d o o s t e r m o s d e o r d e m s u p e r i o r , t e r e m o s , 2 -v 2 -X,x2- X 2y 2

A 2 / / +c°( 1 + + —— x 2 + X 3x y ?+ XilX 3x 2y 2 + —3— x 2y lt)e dxdy=1

00 2 2 q u e f o r n e c e o v a l o r a p r o x i m a d o p a r a A 2 , q u e é (1 .34) A 2 = --- U l À 2 ) /2--- ;--- (1.35) TTt! + AlAi. + - AílÍ L + 3X 3 2 + _ ? --- J 4 X1 X2 4 X1 À2 1 6 X^X2 2 16 16Xi X2 A g o r a , u s a n d o as e q u a ç õ e s (1.22) e (1.23) p o d e - s e cal c u l a r a p r o x i m a d a m e n t e os d o i s ú l t i m o s t e r m o s d a e q u a ç ã o (1.29): * r_{+ 00} ‘t j j A 2 7T j"3 3 X4 1 5 X4 X3 105 X3 2 / /„ y p d x d y = --- {--

₂

+ --- + ---

₃

+ ---

₄

} X’ 2 I6 X1 X2 I6 X1 X2 6 4 X1X4 l A 1 A 2 ) (1.36) e rr+co a A2 "17 / 1 3 ^ 4 5 X3 2 , // 4x2 y 2dxdy = --- {---- + ---- =— + - • • - 2 + --- 2 2 * “ 0 0 ^ X2 ) ^1 ^ 2 4 Xi X2 4 Xi X2 16 Xi X2 (1.37) E s t e s r e s u l t a d o s p e r m i t e m e s t u d a r o c o m p o r t a m e n t o das s o l u ç õ e s e m f u n ç ã o d e a, e t a m b é m - a i n d a q u e p a r a v a l o r e s l i m i t a d o s - a e s t i m a t i v a d o s v a l o r e s d a e n e r g i a , t a m b é m c o m o f u n ç ã o d e a. E s t e m é t o d o m o s t r a - s e e q u i v a l e n t e ã a p l i c a ç ã o d e t e o r i a de p e r t u b a ç ã o e i l u s t r a a a p l i c a ç ã o d e u m f o r m a l i s m o a l t e r n a t i v o â E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r , já q u e , n e s t e ú l t i m o c a s o , o p r o b l e m a foi r e s o l v i d o s e m o p r é v i o c o n h e c i m e n t o d a f u n ç ã o d e o n d a (que foi p o s t e r i o r m e n t e o b t i d a ) , b a s t a n d o a s u p o s i ç ã o d e q u e a v e l o c i d a d e v ^ t e m a f o r m a d e u m g r a d i e n t e d e p o t e n c i a l . T a l s u p o s i ç ã o , p o r é m , é u m c o m p o r t a m e n t o v e r i f i c a d o e m g e r a l p a r a o o s c i l a d o r h a r m ô n i c o .

(23)

7.2. Fo A m u l a ç ã o hi.dsiodj.nâmí.ca sie.ce.nte.. D o s d e s e n v o l v i m e n t o s e f e t u a d o s a t é a q u i , p u d e m o s e x t r a i r i n f o r m a ç õ e s i m p o r t a n t e s , t a i s c o m o a p o s s i b i l i d a d e d e e n c a r a r m o s a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r c o m o s e n d o a p l i c á v e l a u m f l u i d o h i d r o d i n â m i c o i r r o t a c i o n a l . N o e n t a n t o , o p o n t o d e p a r t i d a ê a m e s m a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r . O r a , é p o s s í v e l d e s e n v o l v e r uma for m u l a ç ã o a l t e r n a t i v a n a q u a l a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r a p a r e c e n ã o c o m o u m e l e m e n t o p o s t u l a d o , m a s d e r i v a d o d e u m a f u n ç ã o l a g r a n g e a n a o b t i d a - p o r s u a v e z - a p a r t i r d e c o n s i d e r a ç õ e s d e s i m e t r i a e i s o t r o p i a d o e s p a ç o , o q u e é u m p r o c e d i m e n t o c o m u m e m f í s i c a , - . (19) c l a s s i c a . T r a t a - s e , p o i s , d e m a n t e r u m a a n a l o g i a c o m a M e c â n i c a C l á s s i c a n o i n t e r i o r d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a e c h e g a r , c o m i s t o , ã E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r . E s s e d e s e n v o l v i m e n t o ê, e m s u a e s t r u t u r a e s s e n c i a l , d e v i d o a C A B R A L . C o m e c e m o s p o r l e m b r a r q u e n a M e c â n i c a C l á s s i c a a f u n ç ã o l a g r a n g e a n a é d o t i po: L = L (q , Qj , t) (1.38) a o p a s s o q u e , a p a r t i r d e a g o r a , a s s u m i r e m o s q u e e s s a f u n ç ã o ê u m a f u n ç ã o d e c i n c o v a r i á v e i s , a s a b e r , L = L (q j , q j , t, t ±) (1.39) 0 s u r g i m e n t o d e s s a s d u a s n o v a s v a r i á v e i s (isto é, ,"t/' e a v e l o c i d a d e v ^ = q j , o n d e (') i n d i c a d e r i v a ç ã o c o m r e s p e i t o ã n o v a c o m p o n e n t e n ã o v i o l a u m a s i m e t r i a s a b i d a m e n t e e x i s t e n t e e m (1.38), c o m o t e r e m o s o c a s i ã o d e v e r a d i a n t e e m s u a f o r m a g e r a l . P o r o u t r o l ad o , a f u n ç ã o l a g r a n g e a n a m a i s g e r a l (1.39) é u m a f u n ç ã o c o m p l e x a e p o d e s e r e s c r i t a d e m a n e i r a g e n é r i c a por: L = L R + i L (1.40) o n d e L ê a p a r t e r e a l d a f ú n ç ã o e L s u a p a r t e i m a g i n á r i a . R P o r c o n i d e r a ç õ e s d e a n a l o g i a c o m a M e c â n i c a C l á s s i c a ê d e se s u p o r v e l o c i d a d e s q u a d r á t i c a s n o t e r m o d e e n e r g i a c i n ê t i

(24)

1 2 c a e d e p e n d ê n c i a s d e p o s i ç ã o n o t e r m o d e p o t e n c i a l , t a i s q u e h a j a a p r e s e r v a ç ã o d a r e v e r s i b i l i d a d e e s p á c i o - t e m p o r a l (de f a t o , a l a g r a n g e a n a é i n v a r i a n t e p e r a n t e a r e v e r s ã o -»■ - q ^ e t -»■ - t , m u d a n d o - s e a f u n ç ã o d e o n d e d e ¥ p a r a ¥*). D i a n t e d i s s o , s u g e r i m o s q u e (1.39) s e e s c r e v a c o m o : L = T - U = — m (v2 + 2 i v .v . - v^ ) +^— V . (v + iv.) - V in+. 2 l i 2 líiC o u (1.41) L = - m V 2 - U (1.42) o n d e V é a v e l o c i d a d e q u â n t i c a a n t e r i o r m e n t e i n t r o d u z i d a ( v = v + — ^ ^ iv^) q u e r e d u z - s e a v e l o c i d a d e c l a s s i c a p a r a v ^ = 0, i . ê . , V = v e q u a n d o a f u n ç ã o d e o n d a é r e a l , v = 0 e, e n t ã o V = i v_^; U é o p o t e n c i a l t o t a l , c o m p o s t o d o potencia-1 • de i n t e r a ç ã o V ^ n o r m a l m e n t e u m a f u n ç ã o d a p o s i ç ã o r e l a t i v a ) e d e u m a c o n t r i b u i ç ã o t i p i c a m e n t e q u â n t i c a , t a m b é m f u n ç ã o e x c l u s i v a d e v a r i á v e i s e s p a c i a i s , já p r e s e n t e n a E q u a ç ã o d e R i c a t t i (1.19). D e f a t o , o " p o t e n c i a l q u â n t i c o " c o n f o r m e d e s i g n a d o (2 1) p o r B O H M a p a r e c e n a r e f e r i d a e q u a ç a o s o b a f o r m a : Q = — V . v = — - ( ^ £ ) 2 ] (1 .43) 2 4m p p e o m e s m o B O H M i n t e r p r e t a - o c o m o a i n t e r a ç ã o d a p a r t í c u l a c o m o s e u p r ó p r i o c a m p o ¥, o q u e e x p l i c a p o r q u e u m a p a r t í c u l a n ã o p o d e a t i n g i r p o n t o s o n d e a f u n ç ã o d e o n d a s e a n u l a , j ã q u e n e s s e caso, o " p o t e n c i a l q u â n t i c o " se t o r n a i n f i n i t o . E s s e " p o t e n c i a l q u â n t i co" p o d e s e r u s a d o p a r a f o r n e c e r u m a c o m p r e e n s ã o d i f e r e n t e e mais d e t a l h a d a d o f e n ô m e n o d e i n t e r f e r ê n c i a q u â n t i c a , c o m o se d e p r e e n de, p o r e x e m p l o , d o t r a b a l h o d e P H I L I P P I D I S <it a £ . ^ 2 2 ^ A q u i , e n t r e t a n t o , u m a n o v a e x p r e s s ã o é o b t i d a p a r a o p o t e n c i a l q u â n t i c o e e s t ã p r e s e n t e n a e q u a ç ã o (1.41) s o b a f o r m a U - . . _{q u â n t i c o}= — V . (v + i v. ) _^ ₁ (1.44)_\ _/ E m (1.44) a p a r e c e , a o i n v é s d e s i m p l e s m e n t e "’v . " , to _ -»- ■ -*- d a a v e l o c i d a d e q u a n t i c a V, o q u e c o n f e r e a o " p o t e n c i a l q u â n t i c o "

(25)

u m a f o r m a m a i s s i m é t r i c a e n o s l e v a a i n t e r p r e t á - l o c o m o u m a i n t e r a ç ã o d a p a r t í c u l a c o m u m " c a m p o d e f u n d o " , c u j a n o ç ã o f o i i n t r o d u z i d a p o r D E L A PEfÍA.(15) Se e n c a r a r m o s c a d a c a r g a c o m o u m r a d i a d o r e l e m e n t a r , e s s e " c a m p o d e f u n d o " s e r i a p r o d u z i d o p e l o c o n j u n t o d e c a r g a s d e t o d o o u n i v e r s o e e s t a r i a p r e s e n t e e m c a d a p o n t o d o e s p a ç o , d e f o r m a q u e u m a p a r t í c u l a i n d i v i d u a l e s t a r i a s e m p r e s u j e i t a à a ç ã o d o c a m p o p r o d u z i d o p e l a s d e m a i s p a r t í c u l a s d o u n i v e r s o . P o r e s s e m o t i v o a p a r e c e m as d u a s c o m p o n e n t e s d a v e l o c i d a d e q u â n t i c a , p o i s c o m p l e t a m a d e s c r i ç ã o d o m o v i m e n t o d a p a r t í c u l a . E s t a i n t e r p r e t a ç ã o l e v a - n o s a s u p o r - a i n d a q u e n ã o e x c l u s i c a v e m e n t e - u m a i n t e r a ç ã o d a p a r t í c u l a c o m e l a m e s m a , i.é. , c o m o c a m p o ¥ p o r ela pro d u z i d o . P o d e m o s p r o s s e g u i r c o m o d e s e n v o l v i m e n t o d o formalis^ m o e g e n e r a l i z a r m o s o P r i n c í p i o d e H a m i l t o n o u d e M í n i m a A ç ã o que e n v o l v e a l a g r a n g e a n a (1.39). T e m o s , ô/ L ( q ., q., a !, t, t.) d t d t . = 0 (1.45) j j j 1 1 o u a i n d a , ô / L dt d t . + i 6/ L d t d t . = 0 _R _i (1.46)₁ o n d e s e n o t a q u e a m i n i m i z a ç ã o é f e i t a e m t e r m o s t a m b é m d a n o v a - (23) c o m p o n e n t e t e m p o r a l i n t r o d u z i d a ("t^"). A s o l u ç ã o fornece equa ç õ e s a n á l o g a s ãs E q u a ç õ e s d e E U L E R - L A G R A N G E . D e f a t o , p a r a a p a r t e r e a l d e (1.45) t e m o s : d (— R) + _ A _ ( -- B) = _ J * (1.47) dt 3q . dt . 3q ! 3q . -J i J J e p a r a a p a r t e i m a g i n á r i a : j L f J L ) + (1 .48) d t 3q . d t . 3q! 3q . i -j -j P o d e m o s a g o r a i d e n t i f i c a r c a d a u m d o s t e r m o s q u e a p a r e c e m e m (1.47) e (1.48) e o b s e r v a r a s e m e l h a n ç a q u e h á entre eles e o s t e r m o s c l á s s i c o s . D a l a g r a n g e a n a (1.41) t e m o s :

(26)

e , t a m b é m , 3L _{= m v . =} 3L 3q . 1 3v ~r 31 U 3 - i L = --- E - (1.50) 3 a . 3 q . 3L _{= m v =} 3L ^ 3 3q! 3 v . J i A s e q u a ç õ e s (1.49) e (1.50) l e v a d a s e m (1 .47) e (1.48) r e s p e c t i v a m e n t e , f o r n e c e m as e q u a ç õ e s : m _ m — a = _ f (h + _ + v) (1.51) dt d t . 2 1 dv. m — - + m = - V (- - V.v) (1.52) d t dt. 2 i J C o m o se m o s t r a r á a d i a n t e , e e q u a ç ã o (1.51) l e v a a u m a e q u a ç ã o d e c o n s e r v a ç ã o d e e n e r g i a ( E q u a ç ã o d e R i c a t t i ) e a e q u a ç ã o (1.52) l e v a à e q u a ç ã o d e c o n t i n u i d a d e , a m b a s o b t i d a s n a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a o r i g i n a l p e l a s e p a r a ç ã o d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r e a q u i , o b t i d a s d i r e t a m e n t e d a s e q u a ç õ e s d e m o v i m e n t o . O p r ó x i m o p a s s o a s e r d a d o n o d e s e n v o l v i m e n t o d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a s e r á o b t e r u m a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a a p a r -t i r d a l a g r a n g e a n a (1.41) jã e s -t a b e l e c i d a . I s -t o é f e i -t o c l a s s i c a m e n t e , m e d i a n t e as t r a n s f o r m a ç õ e s d e L e g e n d r e q u e p e r m i t e m p a s -s a r d e u m a f o r m u l a ç ã o q u e d e -s c r e v e a M e c â n i c a e m t e r m o -s d a -s c o o r d e n a d a s g e n e r a l i z a d a s e d a s v e l o c i d a d e s ( q ^ , q ^ , t) a u m a o u t r a f o r m u l a ç ã o c u j a s v a r i á v e i s s ã o a s c o o r d e n a d a s g e n e r a l i z a d a s e o C 2 4) m o m e n t o g e n e r a l i z a d o ( q ^ , p ^ , t ) .

(27)

E m n o s s o c a s o , d e v e m o s o p e r a r a t r a n s f o r m a ç ã o d o c o n j u n t o d e v a r i á v e i s ( q ^ , q^ , q^ , t, t^) p a r a o c o n j u n t o (q_. , P^ , P j , t, t^) e, e m d e c o r r ê n c i a d i s s o , v á r i a s f o r m a s d i f e r e n t e s p a r a a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a p o d e m s e r o b t i d a s n a s t r a n s f o r m a ç õ e s . N o e n t a n t o , d e f i n i r e m o s a h a m i l t o n i a n a H . = I v . . P. — L (1 .53) f ■ 3 3 3 -¥ ■ -y . -> . • o n d e P. = (p.+ i p . . ) e V . = v + i v . = q. + i q ! ,• p o i s c o m e l e 3 3 "ID _ 3 1 3 ~3 p r e s e r v a m o s a f o r m a c l á s s i c a d a h a m i l t o n i a n a [E • A l é m d i s s o , r a z õ e s a poòtzh.íoh.Á. c o m o o c á l c u l o d e 3 (H^) , A H ^ e a o b t e n ç ã o d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r , m o t i v a r a m t a l e s c o l h a . A f u n ç ã o d e f i n i d a e m (1.53) ê u m a f u n ç ã o c o m p l e x a já q u e a L a g r a n g e a n a t a m b é m o é. L o g o , p o d e e s c r e v e r - s e c o m o : H f = Hr + i fí (1.54) T o m e m o s a g o r a a d i f e r e n c i a l d H d e (1.53) e x p l i c i t a n d o a L a g r a n g e a n a n a f o r m a (1.40) d H = £ P j d q j + â j d p j - P i j d q ^ - q j d P ±j 9 L R 3 L R + i ( P i dq! + q ! d p + p ^ d q . + q . d p . ) --- d q --- dq* . 3 3 3 3 J 3 13 g* 3 3 q . J 3 M3 9L R . , &L j. at J , dL J , dLR ^ dLR + i (--- d q . ----— dq'.--- dq.) --- d t --- dt. + 3 q . 9q. 3 9q! 3 9q. 9t 9t. 1 3 D D "3 i + i (- — d t - — d t ) (1.55) 9t 9t A p a r t i r d e (1.49) e (1.50) o b t e m o s a s d e f i n i ç õ e s d e m o m e n t o : 9 L R 3 L R 9L 9L ---- = P i ; ---- = " P - i v ---- = p i i ; ---- " P. (1.56) 9q . 3 9 q ! 3 9q . ±3 9q! 3 3 :

i d e n t i f i c a n d o p^ = m v e p^j = m v ^ , que são o anãlago às equações de La grange da Mecânica Clássica. Levando, (1 .56) e m (1 .55) e l i m i n a m o s a l

(28)

-16 g u n s t e r m o s e o b t e m o s : 9l r ar, 9l t? --- - dq. - i -iÍL dq. - -- - d t --- - d t . + 3q . -* 3q . ^ 9t 3t . 1 3 3 1 + i ( - — d t - dt.) (1.57) 3t 3 t . _i 1 D i f e r e n c i a n d o , a g o r a , a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a H = H(P., 3 p ^ j, q^, t, t^), e x p l i c i t a d a n a f o r m a (1.54), v e m 3H 3H 3H d H = I —.— d p . + --- d p . . + ---- d q . . j 3p . 3 3 p . . 3 q . 3 J -i d 3 . , 3B , 3fl , 3fi , . + i (---- d p . + ---- d p . . + ---- d q .) 3d . ^ 3p. 1 -* 3 q . ^ ~ 3 "iD 3 9 H R 9 H R ■ 3fi + — - d t + — - dt. + i ( — d t + -2ÍL dt.) (1.58) 3t 3 t . 1 3t 3 t . 1 d H = S i l í q j d p j _ qj d p ± ) + i (qj d Pj + q.. d p ±^ ) ] -C o m p a r a n d o a s e x p r e s s õ e s (1.57) e (1.58) o b t e m o s : 3H_ 3H 3 L 3H ■q1 = — ; qi = ---e_. = ■ n .59) J 3 p . J 3 p . . 3 q . 3 q . 3 13 "3 3 p a r a a p a r t e r e a l , e q. . j á , * . J i - / J ? . . _ J t (1.60) 9Pj 3Pij 3q j 3q j p a r a a p a r t e i m a g i n á r i a . T a m b é m ,

- — (Lft + iL) = -Í-(Hp + ifi)-;---- — (L + iL) =-■■-- ÍH^ + iS)

3t 31 3 t . 3 t .

(29)

3H 3 L 3H 3 L -- = - — ; --- = - ---- (1.61) 3t 3t 3 t . 31 . i i O c o n j u n t o d e e q u a ç õ e s d e f i n i d o p o r (1 . 59) , (1 .60) e (1.61) s ã o o a n á l o g o h i d r ò d i n â m i c o d a s E q u a ç õ e s C a n ô n i c a s d e H a m i l t o n e s u b s t i t u e m a s E q u a ç õ e s d e L a g r a n g e (1.56) n a d e s c r i ç ã o d o s f e n ô m e n o s m e c â n i c o s . A f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a (1.53) d e v e s e r r e e s c r i t a n o v a m e n t e e m t e r m o s d e (p., p . . , q., t t .). P a r a i s s o , na L a g r a n g e a 3 1 J 3 r 1 n a (1.41) p o m o s : q = p . . / m ; q . = p . / m j iD D - 3 A s s i m , H = £ — — (p. + ip. .) + U (1.62) j 2m 3 ^ o b t i v e m o s f i n a l m e n t e , u m a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a q u e é f u n d a m e n t a l n o d e s e n v o l v i m e n t o d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a d a M e c â n i c a Q u â n t i c a . P o d e - s e m o s t r a r , a i n d a , q u e o p r i m e i r o d o s t e r m o s e m (1.62) m a i s e x a t a m e n t e o s e u v a l o r m é d i o - i d e n t i f i c a - s e c o m o v a l o r m é d i o d a e n e r g i a c i n é t i c a n a f o r m u l a ç ã o u s u a l .

7 . 3 . A-ò nquaçõe-ò d a áo t i m u l a ç ã o h l d f i o dZ n â m ^ ic a e a zqua çã o de. ScksiôdÁ.YiQifi. N a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a e m s u a v e r s ã o m a i s a n t i g a ( a p r e s e n t a d a e m l i n h a s g e r a i s n a s e ç ã o 1 - 1 ) , s e p a r a v a m - s e a s p a r t e s r e a l e i m a g i n á r i a d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r - m e d i a n t e a / iS/L i n t r o d u ç ã o d e u m a f u n ç ã o d e o n d a g e n é r i c a ¥ = p e ^ - e m u m a e q u a ç ã o d e c o n s e r v a ç ã o d e e n e r g i a e e m o u t r a e q u a ç ã o , q u e é u m a e q u a ç ã o d e c o n t i n u i d a d e p a r a u m f l u i d o c l á s s i c o . A g o r a , é p o s s í v e l a o b t e n ç ã o d e s s a s d u a s e q u a ç õ e s , s e m o c o n h e c i m e n t o p r é v i o d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r , a p a r t i r d a l a g r a n g e a n a d e r i v a d a e m (1.41). T o m e m o s i n i c i a l m e n t e a e q u a ç ã o (1 .51) , já o b t i d a d a l a g r a n g e a n a e m q u e s t ã o :

(30)

18 m d v _ m — 1 = _ ^ [h + _ + v] (1.63) d t d t . 2 1 -> ■ (3v . A e q u a ç ã o (1.63) n o s d á as s e g u i n t e s f u n ç õ e s : v = v ( t , t ±) ? i = ? .(t, t.) q u e c o m p l e t a m a d e s c r i ç ã o d a s " t r a j e t ó r i a s q u â n t i c a s " e v o c a d a s p o r (1.8). P o r o u t r o l a d o , a i n t e g r a ç ã o d a e q u a ç ã o (1.63) p e r m i t e - n o s o r e t o r n o a o f o r m a l i s m o u s u a l , d e v o l v e n d o - n o s as f u n ç õ e s : -y v = v (r , t ) v ± = v ± ( r , t) Y = ¥ ( r , t) q u e d e s c r e v e m o m o v i m e n t o d a p a r t í c u l a n a f o r m u l a ç ã o u s u a l . A s - s i m (1.63) f u n c i o n a c o m o u m p o n t o d e t r a n s p o s i ç ã o e n t r e as d u a s f o r m u l a ç õ e s . N e s t e p o n t o , i n t r o d u z i r e m o s as d e r i v a d a s h i d r o d i n ã m i c a s q u e são: d I 9 + (v.V) (1.64) dt | ^ 9t i d t . L t i 1 + t s e n d o a p r i m e i r a d e l a s o b t i d a m a n t e n d o - s e a c o m p o n e n t e "t ^" cons t a n t e e a s e g u n d a , p o r s u a v e z , m a n t e n d o - s e "t" c o n s t a n t e . U s a n d o (1.64), a e q u a ç ã o (1.63) s e t o r n a : -*■ _^ 9 v_i. _h _, _, m — + (v.V) v - m — - - ( v . .V ) v. = - V (- V.v. + V) (1.65) 9t 3t. 1 1 2 1 t e r e m o s R e c o r r e n d o ãs d e f i n i ç õ e s d e "v" e " v^ " d a d a s an (1.5) 9t 9t m m 9t

(31)

Ü i = - J L - - A . t ín p = . _ ü _ ? 1 i E = o 3t. 2m 9t. 2 m p 9t x i p o i s m u d a m o s a o r d e m d e d e r i v a ç ã o t r o c a n d o o o p e r a d o r g r a d i e n t e p e l a s d e r i v a d a s t e m p o r a i s e l e v a m o s e m c o n t a o f a t o d e q u e p n ã o d e p e n d e e x p l i c i t a m e n t e d e t ^ . E n t ã o , (1.65) f i c a : ^ — + m ( v . V ) v - m (v.V) v = - V (— V . v ^ + V) (1.66) 3t 2 P o d e m o s a g o r a r e a r r a n j a r o s t e r m o s q u e c o n t e m "v" e " v . " e e n t ã o t e r e m o s i ^ l ^ + l m V v 2 - - m V v ? = - V (- V.v. + V) (1.67) 9t 2 2 1 2 1 q u e p o d e s e r i n t e g r a d a p a r a f o r n e c e r - —— (S + ct) = — m v 2 - — m v 2 + — V.v. + V (1.68) 91 2 2 1 2 1 o n d e c é u m a c o n s t a n t e d e i n t e g r a ç ã o q u e d e t e r m i n a o n í v e l d e r e f e r ê n c i a q u e s e t o m a p a r a o p o t e n c i a l e p a r a a e n e r g i a . P o r c o m o d i d a d e , f a z e m o s c = 0. A e q u a ç ã o (1.68) se t r a n s f o r m a e n f i m em: E = - — = — m v 2 - — m v 2 + — V.v. + V (1.69) 9t 2 2 1 2 1 3 S p o i s p a r a c a s o s e s t a c i o n á r i o s , i d e n t i f i c a m o s o t e r m o E = - — 9t c o m a e n e r g i a E d o s i s t e m a e t e m o s , e n t ã o , e m (1.69) u m a e q u a ç ã o d e c o n s e r v a ç ã o d e e n e r g i a , j á o b t i d a n a f o r m a (1.14), q u a n d o d a s e p a r a ç ã o d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r . T o m a n d o a e q u a ç ã o (1.52) e p r o m o v e n d o s u b s t i t u i ç õ e s a n a l o g a s ã s a n t e r i o r e s , v e m : »->- 9 v. , —y ~y i h ~y m ( v . . V ) v + m ( v . V ) v . + m ---- + m ---- = — V (V.v) (1.70) 1 1 9 t . 91 . 2

(32)

20

3 v i h 1

Em virtude das equações (1.5) teremos: ---- = - ----V _

9t 2 m p 3t e = — V = 0, n e s t e ú l t i m o c a s o , S n ã o d e p e n d e e x p l i c i t a -3t . _i m 3 t . _í merite d e "t^" . O r a , a e q u a ç ã o (1.70) e n t ã o é: -y ")■ "h —y 9 h i . m [ ( v . . V ) v + (v.V)v.] - — V -rr I n p = — V (V.v) _i _x ₂ _<3t ₂ (1.71) E m (1.71) s u b s t i t u i r e m o s a i d e n t i d a d e v e t o r i a l v (v.v.) = ( v . . V ) v + (v.V)v.₁ ₁ ₁ p o i s , v ^ x ( V x v ) = v x ( V x v ^ ) = 0. E n t ã o , (1.71) r e e s c r e v e - s e : m V (v.v.) - £ i V - L ^ £ = í i v (V.v) -y h -± 1 h -y -y (1.72) 1 2 p 3t 2 e i^iais u m a v e z t r o c a m o s a o r d e m d o s o p e r a d o r e s g r a d i e n t e e d e r i v a d a t e m p o r a l . I n t e g r a n d o a e q u a ç ã o (1.72) o b t é m - s e : m v . v . - — V . v = — — + D (1.73) 1 2 2p 3t q u e é a m e s m a e q u a ç ã o (1.15) j á o b t i d a , a m e n o s d a c o n s t a n t e D , q u e a p a r e c e n a i n t e g r a ç ã o s e m p r e q u e s e c o n s i d e r a q u e o p o t e n - c i a i d e i n t e r a ç ã o p o s s u i u m a p a r t e r e a l e o u t r a c o m p l e x a . E é j u s t a m e n t e a p a r t e c o m p l e x a d o p o t e n c i a l q u e d e t e r m i n a a e x i s t ê n c i a d e f o n t e s o u s u m i d o u r o s d e p a r t í c u l a s . C o m o , n e s t e c a s o , o p o t e n c i a l d e i n t e r a ç ã o ê r e a l , D = 0 e, p o r t a n t o , e x p l i c i t a n d o e m (1.73) a v e l o c i d a d e "v^" c o m o a p a r e c e e m (1.5), p o d e m o s e s c r e v e r : h a ->■ h 3 p - — v . V p / p - — V . v = --- 1:1 2 2 2 p 3t - [v. Vp + p (V.v) ] (1 .74) 3t F i n a l m e n t e , s e e m (1.74) u s a r m o s a i d e n t i d a d e v e t o -o u r i a l V . (p v) = (v.Vp) + p (V.v)

(33)

t e r e m o s ^ = - V.(p v) (1.75) 3t o u s e ja , o b t e m o s a e q u a ç ã o d e c o n t i n u i d a d e . D i a n t e d i s s o , p e l o q u e f o i m o s t r a d o n a s e ç ã o 1.1, a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r - m e d i a n t e a f u n ç ã o d e o n d a g e n é r i c a - s e p a r a v a - s e n e s t a s e q u a ç õ e s a q u i o b t i d a s . O c a m i n h o o p o s t o p o d e s e r s e g u i d o e f o r n e c e r - n o s a r e f e r i d a E q u a ç ã o d e S c h r ö d i n g e r . P r o s s e g u i n d o , p a r t i m o s d a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a h i d r o d i n ã m i c a H _ = — m [v + iv . ] 2 - i ^ V . [ v + i v . ] + V (1.62) li 2 e n e l a e x p l i c i t a m o s as v e l o c i d a d e s "v" e " v ^" q u e a p a r e c e m e m (1.4). E n t ã o , já q u e t e m o s : 1 m [v + :■LV . ] Z = -1 2 h 2 [ W , 2 2 1 2 m r Ü ! $ _.[v + iv ] = - h^_ _{(— ) ]}vv 2 2 1 2 m y = _ h^_ v 2 y _{+ V} r _{2 m} (1 .76) E s t a e q u a ç ã o (1.76) é u m a e q u a ç ã o d i f e r e n c i a l c u j o l a d o d i r e i t o c o r r e s p o n d e a o o p e r a d o r h a m i l t o n i a n o u s u a l fí. Então, o u t r o r e s u l t a d o i m p o r t a n t e f o r n e c i d o p e l o f o r m a l i s m o h i d r o d i n â m i . c o é: fío p Y = H f Y (1.77) D e fato, o o p e r a d o r h a m i l t o n i a n o a g i n d o s o b r e a f u n ç ã o d e o n d a ¥ r e s u l t a n o p r o d u t o d a m e s m a f u n ç ã o d e o n d a ¥ e d a f u n ç ã o h a m i l t o n i a n a h i d r o d i n â m i c a q u e p o d e f o r n e c e r os a u t o v a l o r e s d a e n e r g i a , p o i s < fl > = ( H ^ ), c o m o m o s t r a r e m o s a d i a n t e . N o t a r - s e - á q u e é u m a f u n ç ã o c o m p l e x a , m a s s e u s v a l o r e s m é d i o s s ã o r e a i s e i d e n t i f i c a m - s e c o m a e n e r g i a d o s i s t e m a .

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22

7.4. Eòboço de. uma faotimuúiç.ão kíd/iodínâr>u.ca sieJLcutLvZbtica.

U m a d a s c o n s e q ü ê n c i a s m a i s e s t i m u l a n t e s d a f o r m u l a - ç ã o h i d r o d i n â m i c a é a p o s s i b i l i d a d e d e i n t r o d u z i r o p a r â m e t r o "ti" n a d e s c r i ç ã o d o s f e n ô m e n o s r e l a t i v i s t í c o s e i n v e s t i g a r e n t ã o a f o r m a p o s t e r i o r d a s e q u a ç õ e s . O p r i m e i r o p a s s o n o d e s e n v o l v i m e n t o d e u m t a l f o r m a l i s m o c o n s i s t e e m i n t r o d u z i r u m a m a t r i z d e t r a n s f o r m a ç ã o a n á l o g a ã de L o r e n t z , m a s q u e e n v o l v a a s v e l o c i d a d e s V e e o s p a r a m e - t r o s "t" e " t ^ " e q ue, n o l i m i t e a p r o p r i a d o , r e d u z a - s e o s r e s u l t a d o s c o n h e c i d o s . E s t a m a t r i z f o i o b t i d a c o n s i d e r a n d o q u e as v e l o c i d a d e s V e e s t i v e s s e m a l i n h a d a s c o m o e i x o X 3 e d e v e f o r n e c e r as t r a n s f o r m a ç õ e s d e c o o r d e n a d a s d e s d e u m r e f e r e n c i a l K a u m o u t r o r e f e r e n c i a l K ' . O s e l e m e n t o s d e m a t r i z s ã o d a d o s p o r 5 X' = I a X (1 .78) y v = i yv v e o b e d e c e m â c o n d i ç ã o d e o r t o g o n a l i d a d e : E a , a , = ó , ■ (1.79) v yv Àv yA E s t a c o n d i ç ã o (1.79) p e r m i t e e s c r e v e r o c o n j u n t o d e e q u a ç õ e s a b a i x o : a 2 + a? + a 2 3 3 3 3 5 2 _ 2 _ 2 a + a + a 3 4 4 4 5 2 2 2 a + a + a 5 3 5 4 5 5 a 4 3 3 3 3 + a 4 4 ^ 3 4 + a„ 5 3 3 5 = 0 a a + a a + a a = 0 5 3 3 3 5 4 3 4 5 5 3 5 a a + a a + a a = 0 5 3 4 3 5 4 4 4 5 5 4 5

(35)

d e m o d o q u e , c o m a l g u m a s s u p o s i ç õ e s a d i c i o n a i s ( a 34 = - ak 3 , a 35 = - a 5 3 , e t c ) , o b t e m o s f i n a l m e n t e a m a t r i z d e t r a n s f o r m a ç ã o g e r a l q u e é: A = o n d e 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Y i By íBí y 0 0 _—í By Y — + -;---1 BBi (Y-1) 0 0 - i B ^ Y v i+b?/b2 i+b2/b;: 66i (Y-1) B2 + 6? B2 + Y 1+B2/B^ 1+B2/B2 (1 . 8i1 ) eí) u = -- e Y = <1 - e 2 C A s n o v a s c o o r d e n a d a s s ã o o b t i d a s d a t r a n s f o r m a ç ã o : / x ' \

í

x / 1 \ /

I

1 X' / X 2 ' 2 X' A X 3 3 X' X ** ■1 4 x; x (1. 8 2) e a s s i m : X' i X' 2 = X = X X 1 = yX + í B y X + i B . X 3 3 4 1 5 X' 1* X' 5 = -í ByX +■(■ Y 3 1+B?/B2 1+S2/B| BB.(y- 1 ) BB±(Y-1) B2 + B? -)X + (- ■Y i B . Y X + ( ~ ^ -1 3 o 2 , n Z 4 1 ,(j2 / d 2 - 1 , 0 2 / 0 2 5 -)X B + Bt 1+3 /B? 1+Bf/B"

(36)

24 N o c a s o l i m i t e e m q u e 3^ 0 (v^ -*■ 0) t e m o s q u e y Y ' = (1 - 6 2 ) “ V 2 e a s s i m as t r a n s f o r m a ç õ e s d a d a s e m (1.83) r e d u z e m - s e ãs s e g u i n t e s : X' = X 2 2 X> = y 'X + i 6 y ' X (1.84) 3 - 3 4 x' = - í 6 y ' x 4 X' = x 5 5 [ D e v e m o s l e m b r a r , p o r é m q u e 6^ -> 0 e s t á r e l a c i o n a d o c o m o f a t o d e q u e t ^ ■+ 0 T] A s s i m , as t r a n s f o r m a ç õ e s d a d a s e m (1.83) se r e d u z e m e f e t i v a m e n t e - à s i t u a ç ã o r e l a t i v í s t i c á u s ü a l , i s t o é, âs t r a n s f o r m a ç õ e s d e L o r e n t z , n o l i m i t e a p r o p r i a d o ( v ^ 0, t. + 0)._i O u t r o l i m i t e i m p o r t a n t e é a q u e l e q u e s e o b t ê m a o f a -- V z e r m o s v -+ 0. O u seja: se B + 0, y + y " 4 (1 - B ^ 2 ) 2 e as t r a n s f o r m a ç õ e s (1.83) t o r n a m - s e : X' = X i i X' '= X 2 2 X' = Y " X + i .X (1.85) 3 3 X 5 X 1 = X X' = - i B . X + y " X 5 1 3 5 A s t r a n s f o r m a ç õ e s (1.85) c o n s t i t u e m u m a n á l o g o âs t r a n s f o r m a ç õ e s d e L o r e n t z e n v o l v e n d o a c o m p o n e n t e v\ d a v e l o c i d a q u â n t i c a e t a m b é m o p a r â m e t r o "t^" , e l e m e n t o s t í p i c o s d a f o r m u l a ç ã o h i d r o d i n â m i c a . D o c o n j u n t o d e t r a n s f o r m a ç õ e s e x p r e s s o e m (1.83) ê p o s s í v e l e s t a b e l e c e r as l e i s d e a d i ç ã o d e v e l o c i d a d e s , s e g ü i n d o o p r o c e d i m e n t o de t o m a r as d i f e r e n c i a i s d e s s a s e x p r e s s õ e s e u s a r a s d e f i n i ç õ e s u s u a i s