“金丝眼镜兄”嘴角撇了撇,心想:“哼,不过是背了点定义而已,谁不会?”
秦风仿佛没有看到他的表情,继续说道:“而本题的关键在于引入了‘局域化的负能量密度场’。这个场的存在,必然会与BEC发生相互作用,从而修正原有的哈密顿量。”
“如何修正?我认为,可以从系统的拉格朗日密度入手。我们构建包含BEC场 Ψ\PsiΨ 和负能量密度场 ?\phi? 的总拉格朗日密度 Ltotal=LBEC(Ψ)+Lfield(?)+Lint(Ψ,?)\mathcal{L}_{total} = \mathcal{L}_{BEC}(\Psi) + \mathcal{L}_{field}(\phi) + \mathcal{L}_{int}(\Psi, \phi)Ltotal=LBEC(Ψ)+Lfield(?)+Lint(Ψ,?)。其中,Lint\mathcal{L}_{int}Lint 就是描述两者相互作用的项。”
秦风顿了顿,目光扫过台下,看到不少人已经露出了迷茫的表情。
他微微一笑,继续道:“这个相互作用项的具体形式,取决于负能量密度场的性质。但通常,我们可以假设它与BEC的密度 ∣Ψ∣2|\Psi|^2∣Ψ∣2 成正比,或者与BEC的流密度有关。例如,可以取一个简单的形式,如 Lint=g∣Ψ∣2?\mathcal{L}_{int} = g |\Psi|^2 \phiLint=g∣Ψ∣2?,其中 ggg 是耦合常数。”
“通过对总拉格朗日密度进行变分,得到场方程,然后进行正则量子化,我们就可以得到修正后的哈密顿量 H^′=H^BEC+H^int\hat{H}' = \hat{H}_{BEC} + \hat{H}_{int}H^′=H^BEC+H^int。将这个修正后的哈密顿量代入薛定谔方程,即可得到该系统的修正薛定谔方程。”
秦风的语速不快,但每一个字都清晰无比,逻辑链条层层递进,严谨得如同教科书一般。
教室里,渐渐安静下来。
那些原本等着看笑话的学生,脸上的嘲讽之色慢慢褪去,取而代之的是一丝困惑,和一丝……难以置信。
“他……他好像不是在胡说八道?”
“拉格朗日密度?正则量子化?这些不是研究生课程才会接触到的东西吗?”
“金丝眼镜兄”脸上的不屑早已消失,取而代之的是一片凝重。他发现,秦风所说的每一个步骤,虽然他无法完全理解其深层含义,但从逻辑上听起来,似乎……并没有什么明显的漏洞!
颜柯利教授原本微微靠在讲台边缘,带着一丝审视的目光,此刻也不知不觉地直起了身子。他那双深邃的眼睛里,闪过一抹异样的光芒。
这个新生,似乎真的有点东西!他所提出的思路,虽然只是一个框架,但方向是正确的,而且切入点非常专业,远不是普通本科生能想到的。
“那么,第二问,预测此BEC的稳定性条件。”秦风没有停顿,继续流畅地说道,仿佛这些复杂的物理概念在他口中,就如同家常便饭一般简单。
“BEC本身是一种亚稳态,对外界扰动非常敏感。引入具有负能量密度的场,直觉上就可能导致系统向更低的能量态跃迁,甚至发生塌缩,从而破坏凝聚态的稳定性。”
“要预测其稳定性条件,我们可以从分析系统的能量入手。在得到修正后的哈密顿量 H^′\hat{H}'H^′ 之后,我们需要考察其本征谱。如果系统的基态能量存在下界,并且在微小扰动下能够恢复到平衡态,那么系统就是稳定的。”
“具体的分析方法,可以考虑线性稳定性分析。即在平衡解的基础上引入微小扰动,然后考察扰动随时间的演化。如果扰动随时间衰减,则系统稳定;如果扰动随时间指数增长,则系统不稳定。”
“数学上,这通常涉及到求解一个复杂的本征值问题。我们可以尝试用Bogoliubov变换等方法,将哈密顿量对角化,得到元激发的色散关系 ω(k)\omega(k)ω(k)。如果对于某些波矢 kkk,元激发的能量 ?ω(k)\hbar\omega(k)?ω(k) 变为虚数,或者出现能量为负的模式,那么就意味着系统存在不稳定性,例如动力学不稳定性或能量不稳定性。”
秦风侃侃而谈,条理清晰,逻辑严密。他甚至提到了Bogoliubov变换这种处理BEC集体激发的专业方法,这让台下真正懂行的一些高年级旁听生(如果有的话)或者颜柯利教授本人,都感到有些不可思议。
“嘶……”教室里响起一片倒吸凉气的声音。
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