Poincaré yinelenme teoremi

Matematikteki Poincaré yinelenme teoremine göre, dinamikleri hacmini koruyan ve sınırlı mekansal hacimle sınırlanan bir sistem, yeterli süre sonra, baştaki durumuyla aynı olacak veya ona çok yakın bir biçimde yinelenecektir.

Teorem adını, 1890 yılında geliştiren Henri Poincaré'den alır.

Kesin Formülasyon

Sıradan bir diferansiyel denklem tarafından tanımlanan herhangi bir dinamik sistem, kendi üzerinde faz uzayını haritalayan bir akış haritası belirler. Faz uzayındaki bir kümenin hacmi akış altında değişmez ise sistemin hacim koruyucu olduğu söylenir. Örneğin, tüm Hamilton sistemleri Liouville teoremi nedeniyle hacim koruyucudur. O halde teorem şudur: Eğer akış hacmi koruyorsa ve sadece sınırlı yörüngelere sahipse, bulunan her açık kümesi için o kümeyle sonsuz sıklıkta kesişen bir küme daha vardır.

Kuantum mekaniksel versiyon

Ayrık enerji öz durumlu zamandan bağımsız kuantum mekanik sistemler için benzer bir teorem geçerlidir. Her biri için $\varepsilon >0$ and $T_{0}>0$ T'den daha büyük bir zaman vardır $T_{0}$, öyle ki $||\psi (T)\rangle -|\psi (0)\rangle |<\varepsilon$, nerede $|\psi (t)\rangle$ t anında sistemin durum vektörünü gösterir.

İspatın temel unsurları aşağıdaki gibidir. Sistem zamanla şunlara göre gelişir:

$|\psi (t)\rangle =\sum _{n=0}^{\infty }c_{n}\exp(-iE_{n}t)|\phi _{n}\rangle$

burada $E_{n}$ enerji öz değerleri (doğal birimleri kullanıyoruz, bu nedenle $\hbar =1$) ve $|\phi _{n}\rangle$ enerji öz durumlarıdır. Zamandaki durum vektörünün farkının Kare normu $T$ ve zaman sıfır, olarak yazılabilir:

$||\psi (T)\rangle -|\psi (0)\rangle |^{2}=2\sum _{n=0}^{\infty }|c_{n}|^{2}[1-\cos(E_{n}T)]$

Toplamı T'den bağımsız bir n = N de kesebiliriz, çünkü

$\sum _{n=N+1}^{\infty }|c_{n}|^{2}[1-\cos(E_{n}T)]\leq 2\sum _{n=N+1}^{\infty }|c_{n}|^{2}$

N'yi artırarak keyfi olarak küçük yapılabilir; $\sum _{n=0}^{\infty }|c_{n}|^{2}$, başlangıç durumunun kare normu olan 1'e yakınsar.

Sonlu toplam

$\sum _{n=0}^{N}|c_{n}|^{2}[1-\cos(E_{n}T)]$

aşağıdaki yapıya göre, t zamanının belirli seçimleri için keyfi olarak küçük yapılabilir. Keyfi bir seçim yapın $\delta >0$ ve sonra tam sayılar olacak şekilde T'yi seçin $k_{n}$ bu tatmin edici

$|E_{n}T-2\pi k_{n}|<\delta$,

tüm sayılar için $0\leq n\leq N$. Bu özel seçim için T,

$1-\cos(E_{n}T)<{\frac {\delta ^{2}}{2}}.$

bu nedenle,

$2\sum _{n=0}^{N}|c_{n}|^{2}[1-\cos(E_{n}T)]<\delta ^{2}\sum _{n=0}^{N}|c_{n}|^{2}<\delta ^{2}$.

Durum vektörü $|\psi (T)\rangle$ böylece keyfi olarak başlangıç durumuna yakın bir şekilde döndürür $|\psi (0)\rangle$.

Ayrıca bakınız

• Boltzmann beyni
• Ergodik kuramı