墓所の虫

.    「新版 量子論の基礎」と「量子情報と時空の物理」をベースに書いていますが、間違いをよくやります。まず眉にツバをつけてw

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私は言葉の使い方が下手なので、おかしいと思う文章は式に合わせてお読み下さい。
尚、新理論や独自理論を唱えるつもりはありませんが、アイデアの提案はしています。


波動関数のψ*ψのエントロピーという謎計算

古典エントロピーSは、確率をPとすると

エントロピーS=情報量の系での平均値 (ただし情報量=log(1/P) = -logP )
=-∫PlogP
です。

純粋状態で、確率を考えると、純粋状態|ψ>の系全体でのSは、
P=<ψ|ψ>=1 したがって、
S=0
つまり、純粋状態のエントロピーは、|ψ>をどんな基底で表しても、同じ 0

しかし、測定基底に対応する固有状態は、
離散固有値系の場合、ある確率を持つ
(連続固有値系の場合は、ある確率密度)ので、その意味でエントロピー
定義できます。

計算すると、
離散固有値系の固有状態の|a>での確率は、Pa=<ψ|a><a|ψ>

S=-Σa <ψ|a><a|ψ>log( <ψ|a><a|ψ> )  
=-Σa f(a)*f(a)log( f(a)*f(a) ) 
=-Σn Pnlog(Pn )

ここで、対角項が Pnlog(Pn )である密度行列ρを考えると、

=-Tr(ρlogρ)

連続固有値系の場合の確率密度=ψ*ψ=<ψ|q><q|ψ> では、
確率密度・Δq=ψ(q)*ψ(q)Δq=確率 と考えれば、

S=-Σ ψ*ψΔq log(ψ*ψΔq)  
=-Σ { ψ*ψ log(ψ*ψ)Δq+ψ*ψΔq logΔq} 
=-∫dq ψ*ψ log(ψ*ψ) -∫dq ψ*ψ log dq

ここで dq=exp(da) と置くと、第2項は、 
∫exp(da) ψ*ψ da=∫1 ψ*ψ da=1

S=-∫dq ψ*ψ log(ψ*ψ) +1   
エントロピーの定数は意味がないので、 
=-∫dq ψ*ψ log(ψ*ψ)   
=-∫dq P(q)log(P(q) )

ここで、対角項が P(q)log(P(q) )である密度行列ρ(無限次元)を考えると、

=-Tr(ρlogρ)

∴ 上記は、フォンノイマンエントロピー「-Tr(ρlogρ)」に一致します。

でも、この計算で出てくる「エントロピー」って何を意味するのでしょう???