數學物理方法

分支切割(branch cut)

有些複函數是多值的:一個數的平方根,或它的對數,有不只一個合理的答案,而且若你繞一整圈回到某個特殊點附近,數值並不會回到出發時的樣子。分支切割是你在平面上畫出、並禁止自己跨越的一條曲線;它是把多值函數釘死成單一分支的人為柵欄。

考慮 f(z) = sqrt(z) 或 log(z)。寫成 z = r e^(i theta),角度 theta 只在加上 2 pi 的意義下確定,所以 sqrt(z) = sqrt(r) e^(i theta/2) 在 theta 增加 2 pi 後會變號。發生這種事所繞的點 z = 0(以及 z = infinity)就是分支點。要讓 f 單值,你選一條分支切割——常取負實軸或正實軸——一條連接分支點、不允許幅角掃過的曲線;在挖掉切割的平面上,一個連續的分支(主值的選擇)就有良好定義且全純。

把切割放在哪裡是一種選擇,但必須存在切割則不是。函數越過切割會不連續地跳變——而在物理中這個跳變是有意義的:格林函數或自能的虛部越過其分支切割會跳變,而這個跳變編碼了態密度,或一段實在、在殼的中間態連續譜的開啟(一個衰變通道打開)。極點是束縛態;分支切割是連續譜。

取沿負實軸切割的 log z 主分支,log(-1 + i epsilon) 從上方趨近 +i pi,而 log(-1 - i epsilon) 從下方趨近 -i pi——越過切割跳變了 2 pi i。

跨過對數的切割一步,數值就跳變 2 pi i。

分支點不是極點,沒有留數;迴路不可只是把它圍住。迴路反而要繞行、緊貼切割的兩側,積分便化為越過切割的不連續跳變的積分。

又稱
branch line支割線分枝切割