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为什么QFT中出现无穷大导致一些方程重新规范化?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-01-03 09:12:26

因为我们没有一个理论来描述一个量子,比如说一个电子,是如何与其自身场相互作用的。理查德·费曼(正如我在书中引用的)认为没有这种互动:

嗯,在我看来很明显,一个粒子作用于它自己,电的力量作用于产生它的同一个粒子,这个想法不是必须的,事实上,这是一种愚蠢的想法。所以我对自己说,电子不能作用于自身,它们只能作用于其他电子。(诺贝尔讲座)


重整化

狄拉克方程很快就遇到了计算问题,涉及到带电场量子(比如电子)与自身场相互作用的方式(见图6-7)。根据QFT方程,这种相互作用影响电子的性质,如有效质量和电荷。当计算这些性质时,结果是无限的。不可避免的结论是,QFT方程不能正确描述这些自相互作用。

作为场反应的一种表现形式,引起我们注意的第一个现象是电子的电磁质量。带有电荷的电子在其周围产生电磁场。反过来,这个场,所谓的电子自场,与电子相互作用。我们称这种相互作用为场反应。由于场反应,电子的表观质量与原始质量不同。这种场反应产生的多余质量称为电子的电磁质量,而实验观察到的质量是原始质量和这种电磁质量的总和……但是如果把场反应的影响考虑进去,会发生什么呢?这个理论问题被检验了…[和]场反应的影响变得无限…这当然与实验不符。这种令人沮丧的状况使许多人对量子场论产生了强烈的不信任。–S.Tomonaga(诺贝尔讲座,1965年)

为什么QFT中出现无穷大导致一些方程重新规范化

图6-7。电子的自场。围绕在电子周围的“绿色”场是永久附着的;它被称为自场。根据QFT方程,这种自场作用于电子并影响其动力学。这个被称为重整化的解决方案被证明是非常成功的。电磁相互作用的最精细细节现在可以精确到前所未闻的程度。这个解决方案是由三个人独立工作找到的,他们分享了1965年的诺贝尔奖。

Sin Itiro Tomonaga(1906-1979)。Tomonaga是京都大学哲学教授的儿子。他在德国与维尔纳·海森堡共事了两年,1939年回到日本后,这项工作成为他博士论文的基础。在第二次世界大战期间,Tomonaga在雷达系统上工作(他的美国同行Julian Schwinger也是如此)。战后,Tomonaga转向了20世纪40年代困扰物理学家的问题,他找到了一个简单的解决办法:用实验值代替质量和电荷的计算值,尽管它们可能是无限的。

由于这些部分的修正质量和电荷由于场反应[成为无限],它是不可能计算的理论。然而,实验中观测到的质量和电荷并不是原始质量和电荷,而是经过场反应修正后的质量和电荷,它们是有限的。另一方面,理论中出现的质量和电荷是场反应修正后的值。既然如此,特别是由于理论不能计算修正质量和电荷,我们可以采用现象学上用实验值代替它们的方法。这一过程被称为质量和电荷的重正化。这和美国的是一致的。——信永(1965年诺贝尔讲座)
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