Неравенство Шварца, используемое в симметричной ситуации, допускает обобщение на случай, когда мера не симметрична относительно отражения , определяемого некоторой гиперплоскостью П. В несимметричном случае неравенство Шварца имеет вид
где положительны при отражении и -инвариантны. Изложение в этом параграфе носит более технический характер по сравнению с симметричным случаем (§ 10.4). Заметим, однако, что доказанные нике оценки используются лишь для проверки регулярности полей , но не для доказательства их существования.
Пусть есть мера вида (10.4.4) с классическими граничными условиями на Г. Определим вначале отвечающие ей -инвариантные меры . Мы предполагаем, что и пересечение трансверсально, т. е. . Пусть - два полупространства . Положим
Легко видеть, что и -инвариантны. Пусть — граничные условия , отраженные относительно П, и пусть
граничные условия на и
граничные условия на .
По построению операторы и -инвариантны.
Рассматриваемые нами меры характеризуются тремя объектами: взаимодействием , объемом и гауссовой ковариацией . Положим и определим меры :
Гл. 10. Оценки, не зависящие от размерности
Здесь - обычные нормирующие множители, выбранные так, чтобы . Так как и , определяющие -инвариантны, то
По теореме 10.4 .2 меры положительны при отражении . Если мера -инвариантна, то и .
В симметричном случае, т. е. когда мера -инвариантна, неравенство Шварца можно записать в виде
Обобщением неравенства (10.6.7) является неравенство
Заметим, что билинейная форма может не быть положительно определенной.
Предложение 10.6.1. Если неравенство (10.6.8) справедливо в гауссовом случае, то оно выполняется и для меры .
Доказательство. Множитель можно устранить, если вместо мер и рассмотреть ненормированные меры . Кроме того, множитель — можно включить в и . После этого неравенство (10.6.8) сводится к следующему неравенству, которое отвечает гауссову случаю:
Доказательство неравенства в гауссовом случае проводится по аналогичному образцу: задача сводится к рассмотрению гауссовой меры с -инвариантной ковариацией , т. е. к случаю теоремы 10.4.2. Мы приведем вначале формальные соображения, а позже обсудим детали в некоторых частных случаях, а именно при доказательстве теоремы 10.6.2 и следствия 10.6.3. Эти частные случаи понадобятся нам в гл. 12.
Неравенство (10.6.9) легче понять, если переписать определитель в виде отношения статистических сумм:
При этом удобно представлять себе множитель как нормировку гауссовой меры по отношению к мере . Однако обе эти меры вероятностные, поэтому последнему утверждению необходимо придать более точный смысл. Для этого представим меры и как возмущения некоторой гауссовой меры . Определим интегральные операторы и , полагая
Эти операторы имеют ядра . Определим также формулой
и аналогично определим . Используя (9.3.8), можно формально выразить через :
Подставив вместо , получим аналогичные представления для . По формуле (9.3.7) для гауссовых функциональных интегралов . Поэтому отношение не зависит от . Таким же способом можно получить формулу (10.6.10). В этих вычислениях можно было бы взять в качестве оператор . Тогда . Однако удобнее выбрать оператор положительным при отражении . Tогда неравенство (10.6.9) будет следовать из положительности меры при отражении (теорема 10.4.2). Для доказательства (10.6.9) воспользуемся неравенством Шварца относительно скалярного произведения, порожденного мерой . А именно, пусть . Тогда
Перепишем (10.6.15) в виде
Таким образом, требуемое неравенство получено. При этом мы воспользовались разложением , где и локализованы в П_ и соответственно и определены соотношениями .
Строгое обоснование приведенных выше формальных рассуждений затруднено тем, что гауссовы меры с различными граничными условиями взаимно сингулярны. Поэтому операторы также сингулярны, а статистические суммы , не существуют. Для преодоления этих трудностей можно ре-
Гл. 10. Оценки, не зависяцие от разиерности
гуляризовать величины (10.6.11-12) п перейти к пределу в (10.6.16). При этом статистические суммы расходятся, однако их отношение, равное , сходится, и средние корректно определены.
Неравенством (10.6.8) можно реально воспользоваться только после того, как будут получены оценки и
Рис. 10.4. (а) Функция , определяющая меру , имеет носитель в , где . Сплошные линии изображают , состоящее из и прямых, продолжающих две стороны . Пунктирная линия изображает плоскость (в качестве выбирается плоскость ). (b, с) Второй и третий рисунки отвечают мерам , определяемым ковариациониыми операторами с граничными условиями Дирихле на сплошных линиях .
в зависимости от объема . В этом параграфе мы исследуем отношение функциональных определителей , а оценку отношения отложим до . Для простоты мы ограничимся рассмотрением частного случая, когда на заданы граничные условия Дирихле.
Ниже мы рассматриваем случай и предполагаем, что есть прямоугольник , ориентированный вдоль осей (рис. 10.4). Пусть — гиперплоскость . Предположим, что II делит на два прямоугольника размера и соответственно. Тогда . Пусть ось выбрана
так, что прямые проходят через . Положим
Теорема 10.6.2. При указанных выше условиях на справедливо неравенство . Пусть и такие же, как выше, и кроме того, , где — масса в . Тогда
и константы не зависят от .
Доказательство. Оценка снизу следует из (10.6.9) при . Для доказательства неравенства (10.6.9) и оценки сверху вычислим отношение определителей. Пусть обозначает гамильтониан в гильбертовом пространстве , отвечающий мере . В гл. 6 указан канонический способ построения гамильтониана , использующий -отражения относительно гиперплоскости . Так как мера гауссова, то является пространством Фока и есть гамильтониан свободного поля в . Таким образом, есть симметрическая тензорная алгебра над одночастичным пространством
Следовательно, — тензорное произведение пространств Фока, отвечающих этим трем подпространствам. В определитель вносит вклад только первое из них. Поскольку сохраняет структуру тензорного произведения, можно ограничиться рассмотрением множителя , являющегося симметрической тензорной алгеброй над . Обозначим ограничение на это одночастичное пространство. Собственные числа оператора равны , где , а соответствующие собственные функции имеют вид .
В шредингеровом представлении можно записать в виде бесконечного тензорного произведения
Здесь , а есть пространство состояний гармонического осциллятора с коюрдинатой (см. и 6.4). Оператор также факторизуется: . Здесь есть гамильтониан -го гармонического осциллятора, и ядро оператора определяется по формуле Мелера (1.5.26):
1) Не следует путать в неравенстве (10.6.8) и — граничные условия в данной формулировке. — Прим. перев.
Гл. 10. Оценки, не заоисяцие от размерности
Для состояния , разложенного в произведение , выполнено равенство
С целью сделать изложение более прозрачным мы проводим вначале формальные вычисления, а их математическое обоснование рассматривается только в конце доказательства. Используя формулу Фейнмана — Қаца в пространстве , получаем
Здесь , где -локальное выражение с носителем на определяются из условий , а совпадают с в . Тогда есть состояние в гильбертовом пространстве , отвечающем моменту времени , или состояние в пространстве, отвечающем . Как мы увидим ниже, есть произведение состояний по различным модам, пропорциональных -функции по каждой моде, ). (Состоянию соответствуют граничные условия Дирихле по каждой моде.) Таким образом, в отношении нормирующие множители сокращаются:
В этом произведении импульсы пробегают одну и ту же решетку:
При помощи (10.6.19) можно представить (10.6.22) в виде
Для фиксированных каждое из произведений по и сходится, так как при любое выражение вида сходится к нулю экспоненциально.
Поскольку числитель в (10.6.24) меньше 1 и по условиям теоремы , имеем оценку
Ковариация имеет массу не меньше , поэтому . Следовательно, , так как по условиям . Таким образом, показатель в (10.6.25) отделен от нуля, а экспонента
отделена от 1. Воспользовавшись неравенством const , где и константа зависит от , получаем
Для обоснования этих формальных рассуждений вернемся к формуле (10.6.21). Найдем теперь регуляризованное , подставив вместо сглаженио произведенне волновых функций . Заметим, что для доказательства неравенства (10.6.9) достаточно выбирать величины из каких-нибудь плотных подпространств в пространствах . Пусть — непрерывные ограниченные функции от конечного числа ортогональных мод, зависящие от конечного числа момснтов времени (цилиндрические функции). Цля таких сходнмость гауссова интеграла при следует из сходимости характернстического функционала и, следовательно, из слабой сходимости ковариационных операторов как -операторов. Так как ортогональные моды диагонализуют ковариационный оператор, слабая сходимость при увеличении чнсла мод очсвидна. Следовательно, достаточно рассмотреть фиксированное конечное значение .
Применяя неравенство Шварца последовательно в каждом множителе , мы видим, что неравенство (10.6.9) достаточно доказать для отдельного мноки. теля. Поэтому достаточно рассмотреть одну моду, т. е. обычную меру Винера на траекториях в . В было показано, что локальное бесконечное возмущение массы в ковариационном операторе порождает граннчные условия Дирихле. Этот вывод применим к каждой ортогональной моде, т.е. к ковариационным операторам, являющимся фушкциями только от . Такие ковариации Дирихле определяот гауссову меру в пространстве траекторий -го осциллятора, причем масса осциллятора зависит от . Р ассмотрим аппроксимирующие операторы , где характеризует массу, зависящую от . При масса становится бесконечной в точках, где локализованы граничные условия Дирихле (например, в точках ), и сходится к ковариации Дирихле.
Из результатов вытекает, что возмущение массы в ковариации можно представить с помощью экспоненциального множителя Фсйнмана — Қаца в гауссовой мере, определяемой оператором . Показатель экспоненты зависит от времени и имеет вид или , причем выбор между этими двумя значениями делается в зависимости от . Таким способом мы получаем явную последовательность размазанных -функций в , каждая из них определяет гауссову меру и ковариации этих мер сходятся к ковариации Дирихле , отвечающей -му осциллятору.
Из оценок, с помощью которых доказывается непрерывность по Гёльдеру типичной винеровской траектории, следует, что при . Следовательно, полагая в формуле (10.6.19) , представим выражение (10.6.22) в виде .
В случае, когда и — ограниченные непрерывные цилиндрические функции, сходимость интегралов в (10.6.9) следует из сходимости ковариаций при .
В качестве следствия доказанной теоремы сформулируем оценку для случая меры с граничными условиями Дирихле на (но
Гл. 11. Поля без обрезания
не на бесконечных прямых , как было выше). Мы будем считать, что локализованы в .
Следствие 10.6.3. Пусть есть прямоугольник , как и в предыдущей теореме. Пусть есть ковариационный опера. Тогдa
где конотанта не зависит от .
Доказательство. Так как локализованы в (т. е. являются элементами ), а мера факторизуется в , то , где мера получается заменой на ковариационный оператор , рассмотренный в теореме 10.6.2. Аналогично, при вычислении средних на пространствах можио заменить на . Далее применяем доказанную теорему, используя меры .