En esta sección presentamos algunos ejemplos simples ( en Física ). Uno de los propósitos es ilustrar que el formalismo de Keldysh provee la evolución temporal en Mecánica Cuántica y no es necesariamente restringido a sistemas macroscópicos.
Equilibrio Termodinámico solo se obtiene como consecuencia de una condición inicial muy particular.
Note que \begin{align*} \bracks{\Psi\pars{x},H} & = -\,{1 \over 2m}\int_{-\infty}^{\infty} \ob{\bracks{% \Psi\pars{x},\Psi\+\pars{x'}\,\partiald[2]{\Psi\pars{x'}}{x'}}} {\ds{\delta\pars{x - x'}\,\partiald[2]{\Psi\pars{x'}}{x'}}}\ \dd x'\ +\ {\cal V}\ \ob{\bracks{\Psi\pars{x},\Psi\+\pars{0}\Psi\pars{0}}} {\ds{\delta\pars{x}\Psi\pars{0}}} \\[3mm] & = -\,{1 \over 2m}\,\partiald[2]{\Psi\pars{x}}{x} + {\cal V}\,\delta\pars{x}\Psi\pars{0} \\[3mm] \mbox{Similarmente} & \\[3mm] \bracks{\Psi\+\pars{x},H} & = -\,{1 \over 2m}\int_{-\infty}^{\infty} \ob{\bracks{% \Psi\+\pars{x},\Psi\+\pars{x'}\,\partiald[2]{\Psi\pars{x'}}{x'}}} {\ds{\Psi\+\pars{x'}\,\partiald[2]{\bracks{-\delta\pars{x - x'}}}{x'}}}\ \dd x'\ +\ {\cal V}\ \ob{\bracks{\Psi\+\pars{x},\Psi\+\pars{0}\Psi\pars{0}}} {\ds{-\Psi\+\pars{0}\bracks{-\delta\pars{x}}}} \end{align*}
ondas planas$\pars{~\mbox{con}\ \omega_{k} = \ds{k^{2} \over 2m}~}$: $$ {\rm G}^{<}\pars{x,t;x',t'} = \left\lbrace\begin{array}{lcrcl} \expo{\ic\pars{kx - \omega_{k}t}} + R\expo{-\ic\pars{kx + \omega_{k}t}} & \mbox{if} & x & < & 0 \\[2mm] T\expo{\ic\pars{kx - \omega_{k}t}} & \mbox{if} & x & > & 0 \end{array}\right. $$ tal que $\large\mbox{(}$ ver \eqref{condiGmenos} $\large\mbox{)}$ $$ \left\lbrace\begin{array}{rcrcl} T & - & R & = & 1 \\[2mm] \pars{{\cal V} - {k \over 2m}\,\ic}T & - & {k \over 2m}\,\ic R & = & -\,{k \over 2m}\,\ic \end{array}\right. \quad\imp\quad \left\vert\begin{array}{rcl} T & = & \phantom{-\,}{k \over k + m{\cal V}\ic} \\[2mm] R & = & -\,{m{\cal V}\ic \over k + m{\cal V}\ic} \end{array}\right. $$
El hamiltoniano, en una dimensión, de una partícula de masa $m$ y constante de Hooke $m\omega^{2}$, con $\omega > 0$, viene dado por
$$ H = {p_{x}^{2} \over 2m} + \half\,m\omega^{2}x^{2}\,,\qquad \bracks{x,p_{x}} = \ic\hbar $$ el cual puede ser reescrito en la forma $$ H = {p_{x}^{2} + m^{2}\omega^{2}x^{2} \over 2m\hbar\omega}\,\hbar\omega = \braces{{m\omega x - p_{x}\ic \over \raiz{2m\hbar\omega}}\, {m\omega x + p_{x}\ic \over \raiz{2m\hbar\omega}} - {\bracks{x,p_{x}} \over 2\hbar}\,\ic}\,\hbar\omega $$ En términos de los operadores de creación $a\+$ y destrucción $a$ $$ a \equiv {m\omega x + p_{x}\ic \over \raiz{2m\hbar\omega}}\,,\quad a\+ \equiv {m\omega x - p_{x}\ic \over \raiz{2m\hbar\omega}}\,; \qquad \left\vert\begin{array}{rcl} \bracks{a,a\+} & = & 1 \\[2mm] x & = & \raiz{\hbar \over 2m\omega}\pars{a\+ + a} \\[2mm] p_{x} & = & \raiz{m\hbar\omega \over 2}\pars{a\+ - a}\ic \end{array}\right. $$ el hamiltoniano es reescrito en la forma $$ H = \pars{a\+a + \half}\omega\,;\qquad \quad\hbar = 1 $$${\rm G}\pars{t,t'}$ viene dada por
\begin{equation} {\rm G}\pars{t,t'} = \ic\angles{na}\exp\pars{-\ic\omega t} -\ic\Theta\pars{t,t'}\angles{a\pars{t'}} \exp\pars{-\ic\omega\bracks{t - t'}} \label{soluoaunidim} \end{equation} tal que podemos comparar dos expresiones para ${\rm G^{\rm\pars{r}}}\pars{t,0^{+}}$ $\pars{~\mbox{note que}\ t > 0\ \mbox{y}\ t' > 0~}$:problemas libreses innecesario. En la práctica, el
problema librees usado para convertir las ecuaciones diferenciales en ecuaciones integrales con una aplicación posterior de las reglas de Langreth.
Considere un spin $\vec{\sigma} = \sigma_{\rm x}\hat{\rm x} + \sigma_{\rm y}\hat{\rm y} + \sigma_{\rm z}\hat{\rm z}$ $\pars{~\sigma_{\rm i}\ \mbox{es una matriz de Pauli}\,,\ {\rm i} = {\rm x,y,z}~}$ en presencia del campo magnético $H_{\rm z}\hat{\rm z}$ . El hamiltoniano de este sistema viene dado por
$$ H \equiv -H_{\rm z}\sigma_{z}\,,\qquad \pars{~H_{\rm z} > 0\ \mbox{en unidades de energía}~} $$La situación presente es fácilmente manipulable si se introducen operadores de creación y destrucción
\begin{align*} b & \equiv \half\,\pars{\sigma_{\rm x} - \sigma_{\rm y}\ic~}\,,\quad b\+ \equiv \half\,\pars{\sigma_{\rm x} + \sigma_{\rm y}\ic~} \quad\mbox{tal que}\quad \left\vert\begin{array}{l}\begin{array}{ccl} \braces{b,b\+} & = & 1 \\[1mm] \braces{b,b} & = & 0 \\[1mm] \braces{b\+,b\+} & = & 0 \end{array} \\ \mbox{Note que}\quad b^{2} = 0\quad \mbox{y}\quad {b\+}^{2} = 0 \end{array} \right. \\[3mm] \sigma_{x} & = b + b\+\,,\quad \sigma_{y} = \pars{b - b\+}\ic\,,\quad \sigma_{z} = 2b\+b - 1 = 1 - 2bb\+ \end{align*} El hamiltoniano se reduce a $$ H = H_{\rm z} - \omega_{0}b\+b\,,\qquad \omega_{0} \equiv 2H_{\rm z} > 0 $$ Introducimos las funciones de Green-Keldysh ${\rm F}\pars{t,t'}$ y ${\rm G}\pars{t,t'}$ de caracter fermiónico: \begin{align} {\rm F}\pars{t,t'} & \equiv -\ic\angles{\tk b\pars{t}\sigma_{z}\pars{t'}} \,\,= -\ic\Theta\pars{t,t'}\angles{b\pars{t}\sigma_{z}\pars{t'}} + \ic\Theta\pars{t',t}\angles{\sigma_{z}\pars{t'}b\pars{t}} \label{defFmagnetico} \\[3mm] {\rm G}\pars{t,t'} & \equiv -\ic\angles{\tk b\pars{t}b\+\pars{t'}} = -\ic\Theta\pars{t,t'}\angles{b\pars{t}b\+\pars{t'}} + \ic\Theta\pars{t',t}\angles{b\+\pars{t'}b\pars{t}} \label{defGmagnetico} \end{align} sobre el contorno de Keldysh $\ck = \ck_{-}\bigcup\ck_{+}$ siguiente: Con las definiciones \eqref{defGmagnetico} y \eqref{defFmagnetico} se obtiene \begin{equation} \angles{\sigma_{x}\pars{t}} = -4\Im\pars{{\rm F}^{<}\pars{t,t}}\,,\quad \angles{\sigma_{y}\pars{t}} = -4\Re\pars{{\rm F}^{<}\pars{t,t}}\,,\quad \angles{\sigma_{z}\pars{t}} = -1 - 2\ic{\rm G}^{<}\pars{t,t} \label{relsigmaFG} \end{equation}${\rm F}\pars{t,t'}$ satisface la ecuación de movimiento
\begin{align*} \ic\partiald{{\rm F}\pars{t,t'}}{t} & = \delta\pars{t,t'}\angles{\braces{b\pars{t},\sigma_{z}\pars{t'}}} -\ic\angles{\tk\bracks{b\pars{t},H}\sigma_{z}\pars{t'}} \\[3mm] & = \delta\pars{t,t'}\ \ob{\angles{\braces{b\pars{t},\sigma_{z}\pars{t}}}} {\ds{0}}\ +\ \ic\omega_{0}\angles{\tk b\pars{t}\sigma_{z}\pars{t'}} = -\omega_{0}{\rm F}\pars{t,t'} \end{align*} donde hemos usado la identidad $\bracks{A,BC} = \braces{A,B}C - B\braces{A,C}$. Esta ecuación es equivalente a $$ \partiald{\bracks{\exp\pars{-\ic\omega_{0}t}{\rm F}\pars{t,t'}}}{t} = 0 \quad\imp\quad {\rm F}\pars{t,t'} = \exp\pars{\ic\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}}{\rm F}\pars{t_{0},t'}\,, \quad t, t' > t_{0} $$ Puesto que $\angles{\sigma_{z}\pars{t}}$ es independiente de $t$ $\pars{~\mbox{note que}\ \bracks{\sigma_{z},H} = 0~}$, la expresión anterior conduce a $$ {\rm F}^{<}\pars{t,t} = \exp\pars{\ic\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}}{\rm F}^{<}\pars{t_{0},t_{0}} $$ o/y \begin{align*} \Im\pars{{\rm F}^{<}\pars{t,t}} & = \cos\pars{\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}} \Im\pars{{\rm F}^{<}\pars{t_{0},t_{0}}} +\sen\pars{\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}} \Re\pars{{\rm F}^{<}\pars{t_{0},t_{0}}} \\[3mm] \Re\pars{{\rm F}^{<}\pars{t,t}} & = \cos\pars{\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}} \Re\pars{{\rm F}^{<}\pars{t_{0},t_{0}}} -\sen\pars{\omega_{0}\bracks{t - t_{0}}} \Im\pars{{\rm F}^{<}\pars{t_{0},t_{0}}} \end{align*}$\angles{\sigma_{z}\pars{t}}$ es trivialmente igual a $\angles{\sigma_{z}\pars{t_{0}}}$, $\forall\ t$. Sin embargo, tal resultado puede derivarse estudiando las ecuaciones de movimiento que involucran a $\ds{\partiald{{\rm G}\pars{t,t'}}{t}}$ y $\ds{\partiald{{\rm G}\pars{t,t'}}{t'}}$:
\begin{align} \ic\,\partiald{{\rm G}\pars{t,t'}}{t} & = \delta\pars{t,t'}\angles{\braces{b\pars{t},b\+\pars{t'}}} -\ic\angles{\tk\bracks{b\pars{t},H}b\+\pars{t'}} \nonumber \\[3mm] & = \delta\pars{t,t'}\ \ob{\angles{\braces{b\pars{t},b\+\pars{t}}}}{\ds{1}}\ +\ \ic\omega_{0}\angles{\tk b\pars{t}b\+\pars{t'}} = \delta\pars{t,t'} - \omega_{0}{\rm G}\pars{t,t'} \label{ecuGt} \\[3mm] \mbox{Similarmente,}& \nonumber \\[3mm] -\ic\,\partiald{{\rm G}\pars{t,t'}}{t'} & = \delta\pars{t,t'}\angles{\braces{b\pars{t},b\+\pars{t'}}} +\ic\angles{\tk b\pars{t}\bracks{b\+\pars{t'},H}} \nonumber \\[3mm] & = \delta\pars{t,t'}\ \ob{\angles{\braces{b\pars{t},b\+\pars{t}}}}{\ds{1}}\ +\ \ic\omega_{0}\angles{\tk b\pars{t}b\+\pars{t'}} = \delta\pars{t,t'} - \omega_{0}{\rm G}\pars{t,t'} \label{ecuGtp} \end{align} Las ecuaciones \eqref{ecuGt} y \eqref{ecuGtp} conducen a la relación $$ \pars{\partiald{}{t} + \partiald{}{t'}}{\rm G}\pars{t,t'} = 0 $$ Con el Método de las Características se concluye que ${\rm G}\pars{t,t'}$ depende de $t$ y $t'$ a través de la diferencia $t - t'$ y por tanto ${\rm G}^{<}\pars{t,t}$ es independiente de $t$: