Kvant maydon nazariyasi tarixi - History of quantum field theory

Kvant maydoni nazariyasi
Feynmann diagrammasi Gluon Radiation.svg
Tarix

Yilda zarralar fizikasi, tarixi kvant maydon nazariyasi tomonidan yaratilganidan boshlanadi Pol Dirak, u urinishda kvantlash The elektromagnit maydon 1920-yillarning oxirlarida. Nazariyaning katta yutuqlari 1940 va 50-yillarda amalga oshirildi va qayta normalizatsiya qilinishiga olib keldi kvant elektrodinamikasi (QED). QED shu qadar muvaffaqiyatli va aniq prognozli ediki, xuddi shu asosiy tushunchalarni tabiatning boshqa kuchlari uchun qo'llashga harakat qilindi. 1970-yillarning oxiriga kelib, ushbu harakatlar muvaffaqiyatli amalga oshirildi o'lchov nazariyasi ichida kuchli yadro kuchi va zaif yadro kuchi, zamonaviy ishlab chiqarish standart model ning zarralar fizikasi.

Ta'riflashga urinishlar tortishish kuchi xuddi shu usullardan foydalangan holda, hozirgi kunga qadar muvaffaqiyatsiz tugadi. Kvant maydon nazariyasini o'rganish, uning usullarini ko'plab fizik muammolarga tatbiq etish kabi rivojlanib bormoqda. Bu eng muhim sohalardan biri bo'lib qolmoqda nazariy fizika bugungi kunda bir nechta turli tarmoqlarga umumiy tilni taqdim etmoqda fizika.

Dastlabki o'zgarishlar

Kvant maydon nazariyasi 1920-yillarda a yaratish muammosidan kelib chiqqan kvant mexanik nazariyasi ning elektromagnit maydon. Jumladan, de Broyl 1924 yilda elementar tizimlarning to'lqinli ta'rifi g'oyasini quyidagi tarzda kiritdi: "biz ushbu ishda hali aniqlanmagan xarakterga ega bo'lgan ma'lum bir davriy hodisaning mavjudligi taxminidan kelib chiqamiz. har bir izolyatsiya qilingan energiya posilkasi ".[1]

1925 yilda, Verner Geyzenberg, Maks Born va Paskal Iordaniya maydonning ichki qismini ifodalash orqali aynan shunday nazariyani qurdi erkinlik darajasi ning cheksiz to'plami sifatida harmonik osilatorlar va undan keyin kanonik kvantlash ushbu osilatorlarga protsedura; ularning qog'ozi 1926 yilda nashr etilgan.[2][3][4] Ushbu nazariya hech qanday elektr zaryadlari yoki oqimlari mavjud emasligini va bugungi kunda a deb nomlanishini taxmin qildi erkin maydon nazariyasi.

Birinchi asosli to'liq nazariya kvant elektrodinamikasi kvant mexanik ob'ektlari sifatida elektromagnit maydonni ham, elektr zaryadlangan moddalarni ham o'z ichiga olgan Pol Dirak 1927 yilda.[5] Ushbu kvant maydon nazariyasi a ning emissiyasi kabi muhim jarayonlarni modellashtirish uchun ishlatilishi mumkin foton a ga tushgan elektron tomonidan kvant holati past energiya, bu jarayon zarrachalar soni o'zgaradi- boshlang'ich holatdagi bitta atom atomga ortiqcha a ga aylanadi foton yakuniy holatda. Endi bunday jarayonlarni tavsiflash qobiliyati kvant maydon nazariyasining eng muhim xususiyatlaridan biri ekanligi tushunildi.

Oxirgi hal qiluvchi qadam bo'ldi Enriko Fermi "s nazariyasi β-kayish (1934).[6][7] Unda fermion turlarining konservatsiyalanmasligi ikkinchi kvantlanishdan kelib chiqqani ko'rsatildi: fermionlarni yaratish va yo'q qilish birinchi o'ringa chiqdi va kvant maydon nazariyasi zarralar parchalanishini tasvirlab berdi. (Fermining kashfiyoti sovet fiziklarining mavhum tadqiqotlarida biroz tasavvur qilingan edi, Viktor Ambartsumian va Dmitriy Ivanenko, xususan, Ambarzumian-Ivanenko massiv zarralarini yaratish gipotezasi (1930).[8] Bu g'oya shundan iborat ediki, nafaqat elektromagnit maydon kvantlari, fotonlar, balki boshqa zarralar bilan o'zaro ta'siri natijasida boshqa zarralar ham paydo bo'lishi va yo'q bo'lib ketishi mumkin.)

Maxsus nisbiylikni o'z ichiga oladi

Elektromagnit maydonni to'g'ri kvant bilan davolash qandaydir tarzda kiritilishi kerakligi boshidanoq aniq edi Eynshteynniki nisbiylik nazariyasi, o'rganish natijasida o'sib chiqqan klassik elektromagnetizm. Nisbiylik va kvant mexanikasini birlashtirishga bo'lgan ehtiyoj kvant maydon nazariyasini ishlab chiqishda ikkinchi asosiy turtki bo'ldi. Paskal Iordaniya va Volfgang Pauli 1928 yilda ko'rsatgan[9][10] kvant maydonlari oldindan bashorat qilingan tarzda o'zini tutishi mumkin edi maxsus nisbiylik davomida koordinatali transformatsiyalar (aniqrog'i ular maydon ekanligini ko'rsatdilar komutatorlar edi Lorents o'zgarmas ). Maydonining kvant nazariyasi uchun yanada kuchayish Dirak tenglamasi, dastlab o'xshash bo'lgan bitta zarracha tenglamasi sifatida ishlab chiqilgan va talqin qilingan Shredinger tenglamasi, lekin Shredinger tenglamasidan farqli o'laroq, Dirak tenglamasi Lorentsning o'zgarmasligini, ya'ni maxsus nisbiylik talablarini va kvant mexanikasi qoidalarini qondiradi. Dirak tenglamasi elektronning spin-1/2 qiymatiga moslashgan va uning magnit momentini hisobga olgan, shuningdek vodorod spektrlari bo'yicha aniq bashorat qilgan.

Dirak tenglamasini bitta zarrachali tenglama sifatida talqin qilishga urinish uzoq davom etishi mumkin emas edi, va nihoyat uning bir qancha nomaqbul xususiyatlarini (masalan, manfiy-energetik holatlarni) isloh qilish va qayta izohlash orqali anglash mumkinligi ko'rsatildi. Dirak tenglamasi haqiqiy maydon tenglamasi sifatida, bu holda kvantlangan "Dirak maydoni" yoki "elektron maydoni" uchun, "salbiy-energiya echimlari" mavjudligiga ishora qiladi. zarrachalarga qarshi. Ushbu ishni birinchi bo'lib Dirak o'zi ixtiro bilan amalga oshirdi teshik nazariyasi 1930 yilda va tomonidan Vendell Furri, Robert Oppengeymer, Vladimir Fok va boshqalar. Ervin Shredinger, 1926 yilda o'zining taniqli tenglamasini topgan davrda,[11] sifatida mustaqil ravishda ma'lum bo'lgan relyativistik umumlashtirishni mustaqil ravishda topdi Klayn - Gordon tenglamasi lekin uni rad etdi, beri, holda aylantirish, u vodorod spektri uchun mumkin bo'lmagan xususiyatlarni bashorat qildi. (Qarang Oskar Klayn va Valter Gordon.) Spin-nol zarralarini tavsiflovchi barcha relyativistik to'lqin tenglamalari Klein-Gordon tipidagi deyiladi.

Noaniqlik, yana

Tomonidan 1933 yilda nozik va sinchkovlik bilan tahlil qilingan Nil Bor va Leon Rozenfeld[12] tomonidan radiatsiya bilan o'zaro ta'sirida zaryadlarning tavsifiga kiradigan elektr va magnit maydon kuchlarini bir vaqtning o'zida o'lchash qobiliyatining asosiy cheklovi mavjudligini ko'rsatdi. noaniqlik printsipi, bu barcha kanonik konjuge miqdorlarga taalluqli bo'lishi kerak. Ushbu cheklash fotonlar va elektronlarning kvant maydon nazariyasini (kvant elektrodinamikasi) muvaffaqiyatli shakllantirish va talqin qilish uchun juda muhimdir va haqiqatan ham har qanday bezovta qiluvchi kvant maydon nazariyasi. Bor va Rozenfeldning tahlillari elektromagnit maydon qiymatlarining tebranishini tushuntiradi, ular maydon manbalaridan uzoq bo'lgan klassik "ruxsat etilgan" qiymatlardan farq qiladi.

Ularning tahlili noaniqlik printsipining cheklovlari va jismoniy oqibatlari dalalar yoki moddiy zarralar bo'lsin, barcha dinamik tizimlarga taalluqli ekanligini ko'rsatish uchun juda muhim edi. Ularning tahlillari, shuningdek, fiziklarning aksariyatini tabiatning klassik tavsifiga qaytish haqidagi har qanday tushuncha, masalan, Eynshteyn klassikaga qarshi ko'plab va muvaffaqiyatsiz urinishlari bilan nimani maqsad qilganiga ishontirdi. yagona maydon nazariyasi, shunchaki gap bo'lishi mumkin emas edi. Maydonlarni miqdorini aniqlash kerak edi.

Ikkinchi kvantlash

Maydonlar kvant nazariyasini ishlab chiqishdagi uchinchi yo'nalish ko'p zarrachali tizimlar statistikasini doimiy va osonlik bilan boshqarish zarurati edi. 1927 yilda, Paskal Iordaniya maydonlarning kanonik kvantlanishini ko'p tanali to'lqin funktsiyalariga qadar kengaytirishga harakat qildi bir xil zarralar[13][14] statistik transformatsiya nazariyasi sifatida tanilgan formalizmdan foydalanish;[15] bu protsedura endi ba'zan chaqiriladi ikkinchi kvantlash.[16][17] 1928 yilda Iordaniya va Eugene Wigner elektronlarni tavsiflovchi kvant maydoni yoki boshqasini topdi fermionlar, tufayli kommutatsiyaga qarshi yaratish va yo'q qilish operatorlari yordamida kengaytirilishi kerak edi Paulini istisno qilish printsipi (qarang Iordaniya-Vignerning o'zgarishi ). Ushbu rivojlanish yo'nalishi kiritilgan ko'p tanaviy nazariya va kuchli ta'sir ko'rsatdi quyultirilgan moddalar fizikasi va yadro fizikasi.

Cheksiz muammolar

Shuningdek qarang: Cheksiz muammolar va Renormalizatsiya

Dastlabki yutuqlariga qaramay, kvant maydon nazariyasi bir necha jiddiy nazariy qiyinchiliklarga duch keldi. Asosiy fizik kattaliklar, masalan, elektronning o'z-o'zini energiyasi, elektromagnit maydon mavjudligi sababli elektron holatlarning energiya siljishi, 1930-yillarda mavjud bo'lgan bezovtalanuvchi usullardan foydalangan holda hisoblab chiqishda cheksiz, xilma-xil hissa qo'shdi - bema'ni natija. 1940-yillarning aksariyati. Elektronning o'z-o'zini energetikasi muammosi allaqachon klassik elektromagnit maydon nazariyasida jiddiy muammo edi, bu erda elektronga cheklangan kattalik yoki hajmni (klassik elektron-radius) nisbat berishga urinish darhol elektromagnit bo'lmagan stresslar nima degan savolga olib keldi. elektronni uning cheklangan o'lchamdagi "qismlarini" Coulomb itarishiga qarshi ushlab turadigan taxmin qilish kerak. Vaziyat og'ir edi va ba'zi xususiyatlarni eslatuvchi xususiyatlarga ega edi "Reyli - Jinslar fojiasi "40-yillardagi vaziyatni shu qadar umidsiz va g'amgin holga keltirgan narsa shundaki, o'zaro ta'sir qiluvchi fotonlar va elektronlarning nazariy tavsiflari uchun to'g'ri ingredientlar (ikkinchi kvantlangan Maksvell-Dirak maydon tenglamalari) o'z o'rnida edi va yo'q Plank radiatsiya qonunida nazarda tutilgan issiq jismlarning nurlanish harakati haqida cheklangan va jismonan oqilona hisobot zarur bo'lganiga o'xshash katta kontseptual o'zgarish zarur edi.

Qayta normalizatsiya qilish protseduralari

Ushbu "divergentsiya muammosi" kvant elektrodinamikasida quyidagi protsedura orqali hal qilindi renormalizatsiya 1947–49 yillarda Xans Kramers,[18] Xans Bethe,[19] Julian Shvinger,[20][21][22][23] Richard Feynman,[24][25][26] va Shin'ichiro Tomonaga;[27][28][29][30][31][32][33] protsedura tomonidan tizimlashtirildi Freeman Dyson 1949 yilda.[34] Kvant elektrodinamikasidagi barcha cheksizliklar ikkita effekt bilan bog'liqligini anglagandan so'ng katta yutuqlarga erishildi: elektron / pozitronning o'z-o'zini energiyasi va vakuumli qutblanish.

Qayta normalizatsiya qilish, masalan, "zaryad" va "massa" tushunchalarining sof, o'zaro ta'sir qilmaydigan maydon tenglamalarida paydo bo'lishiga bog'liq bo'lgan narsalarga juda ehtiyotkorlik bilan e'tibor berishni talab qiladi. "Vakuum" o'zi qutblanuvchi va shuning uchun u tomonidan joylashtirilgan virtual zarracha (qobiqda va yopiq qobiqda ) juftliklar, va shuning uchun o'z-o'zidan kanalizatsiya va band bo'lgan dinamik tizimdir. Bu "cheksizliklar" va "kelishmovchiliklar" manbasini aniqlashda juda muhim qadam bo'ldi. Zarrachalarning "yalang'och massasi" va "yalang'och zaryadlari", erkin maydon tenglamalarida paydo bo'ladigan qiymatlar (o'zaro ta'sir qilmaydigan holat), shunchaki tajribada (o'zaro ta'sirda) amalga oshirilmaydigan abstraktsiyalardir. Bizning o'lchovimiz, demak, tenglamalarimiz bilan nimani hisobga olishimiz va echimlarni hisobga olishimiz kerak bo'lgan narsa "zarrachaning" normalizatsiya qilingan massasi "va" qayta normalizatsiya qilingan zaryadidir ". Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, ushbu miqdorlarning "siljigan" yoki "kiyingan" qiymatlari, ularning "yalang'och qadriyatlari" dan barcha og'ishlarni kiritish uchun muntazam ravishda g'amxo'rlik ko'rsatilganda, kvant maydonlarining o'ziga xos xususiyati bilan belgilanishi kerak.

O'zgarmaslikni o'lchash

Meva bergan birinchi yondashuv "o'zaro ta'sirni namoyish qilish" deb nomlanadi (maqolaga qarang O'zaro ta'sir rasm ), a Lorents-kovariant va o'zgaruvchan oddiy kvant mexanikasida ishlatiladigan va Tomonaga va Shvinger tomonidan ishlab chiqilgan, Dirak, Fok va Podolskiyning avvalgi sa'y-harakatlarini umumlashtirgan vaqtga bog'liq bo'lgan bezovtalanish nazariyasini umumlashtirish. Tomonaga va Shvinger kvant tizimining ikkita asosiy vakili - Shrödinger va Geyzenberg tasvirlari orasidagi oraliq dala kommutatorlari va maydon operatorlarini ifodalashning relyativistik kovariant sxemasini ixtiro qildilar. Ushbu sxema bo'yicha ajratilgan nuqtalardagi dala komutatorlari "yalang'och" maydon yaratish va yo'q qilish operatorlari nuqtai nazaridan baholanishi mumkin. Bu "yalang'och" va "qayta normalizatsiya qilingan" yoki buzilgan qiymatlarning vaqt evolyutsiyasini kuzatishga imkon beradi. Hamiltoniyalik va hamma narsani o'zgaruvchan, o'zgarmas "yalang'och" maydon tenglamalari bilan ifodalaydi. Shvinger ushbu yondashuvning eng nafis formulasini berdi. Keyingi va eng mashhur rivojlanish tufayli Richard Feynman, sochadigan matritsadagi atamalarga "grafika" / "diagramma" berishning ajoyib qoidalari bilan kim (qarang S-matritsa va Feynman diagrammalari ). Ular to'g'ridan-to'g'ri (. Orqali Shvinger - Dyson tenglamasi ) o'lchanadigan fizik jarayonlarga (tasavvurlar, ehtimollik amplitudalari, parchalanish kengligi va hayajonlangan holatlarning umr ko'rish vaqtlari) hisoblash mumkin. Bu kvant maydon nazariyasi hisob-kitoblari amalda qanday amalga oshirilishini inqilob qildi.

1960-yillardagi ikkita klassik darsliklar, Jeyms D. Byorken, Sidni Devid Drel, Relativistik kvant mexanikasi (1964) va J. J. Sakuray, Murakkab kvant mexanikasi (1967) tomonidan keltirilgan fizik intuitiv va amaliy usullardan foydalangan holda Feynman grafigini kengaytirish texnikasi yaxshilab ishlab chiqilgan yozishmalar printsipi, Feynman qoidalarini kvant maydon nazariyasining ustki tuzilishidan kelib chiqadigan texnik narsalar haqida qayg'urmasdan. Feynmanning cheksiz narsalar bilan ishlashning evristik va tasviriy uslubi, shuningdek Tomonaga va Shvingerning rasmiy usullari juda yaxshi ishlaganiga va ajoyib darajada aniq javob berganiga qaramay, "renormalizatsiyalash" savoliga haqiqiy analitik tabiat, ya'ni "Kvant sohasi nazariyasi" sifatida ishlab chiqilgan har qanday nazariya cheklangan javoblarni beradi, ancha vaqt o'tgach, kuchli va elektro zaif (va tortish kuchi ta'sirlari) uchun cheklangan nazariyalarni shakllantirishga urinish zarur bo'lgan paytgacha ishlab chiqilmadi.

QED holatidagi qayta normalizatsiya, ulanish konstantasining kichikligi, muftaning massani o'z ichiga oladigan o'lchamlari yo'qligi, asosan nozik tuzilishga doimiy va shu bilan birga, o'lchov bosonining nol massasi, foton, QEDning kichik masofaga / yuqori energiyali harakatlarini boshqarishga imkon berdi. Bundan tashqari, elektromagnit jarayonlar juda "toza", chunki ular boshqa bosim ta'sirida yomon bostirilmaydi / namlanmaydi va / yoki yashirilmaydi. 1965 yilga kelib Jyeyms D. Byorken va Sidni Devid Drell: "Kvant elektrodinamikasi (QED) o'z divergentsiyalari bilan tinch-totuv yashash maqomiga erishdi ...".[35]

Elektromagnit kuchni kuchsiz kuch bilan birlashtirilishi tezlashtiruvchi energiyaning etishmasligi sababli dastlabki qiyinchiliklarga duch keldi Fermilarning o'zaro ta'siri oralig'i. Bundan tashqari, hadronning pastki tuzilishi to'g'risida qoniqarli nazariy tushuncha ishlab chiqilishi kerak edi kvark modeli.

Abeliya bo'lmagan o'lchov nazariyasi

Biroz qo'pol kuch tufayli, maxsus va Feynmanning evristik dastlabki usullari va nafis tomonidan sintez qilingan Tomonaga va Shvingerning mavhum usullari. Freeman Dyson, erta renormalizatsiya davridan boshlab, zamonaviy nazariya kvant elektrodinamikasi (QED) o'zini o'rnatdi. Bu hali ham ma'lum bo'lgan eng aniq fizik nazariya, muvaffaqiyatli kvant maydon nazariyasining prototipidir. Kvant elektrodinamikasi an nomi bilan mashhur bo'lgan eng mashhur misoldir Abeliya o'lchov nazariyasi. Bu simmetriya guruhiga tayanadi U(1) va bitta massasiz o'lchov maydoniga ega U(1) o'lchash simmetriyasi, elektromagnit maydonni o'z ichiga olgan o'zaro ta'sir shaklini belgilaydi, foton esa o'lchov bozoni hisoblanadi.

1950 yillardan boshlab ishi bilan Yang va Tegirmonlar, Veyl va Paulining oldingi rahbarligidan so'ng, chuqur tadqiqotlar har qanday dala nazariyasi qondirishi kerak bo'lgan simmetriya va o'zgarmaslikni yoritib berdi. QED va haqiqatan ham barcha dala nazariyalari, ma'lum bo'lgan kvant maydon nazariyalari sinfiga umumlashtirildi o'lchov nazariyalari. Simmetriyalar zarralar orasidagi o'zaro ta'sir shaklini belgilaydi, cheklaydi va zarurat tug'diradi "o'lchov nazariyasi inqilobi" Yang va Mills abeliya bo'lmagan o'lchov nazariyasining birinchi aniq namunasini ishlab chiqdilar, Yang-Mills nazariyasi, tushuntirishga urinish bilan kuchli o'zaro ta'sirlar hayolda. Keyinchalik kuchli o'zaro ta'sirlar (noto'g'ri) 1950-yillarning o'rtalarida pi-mezonlar vositachiligida, zarrachalar tomonidan taxmin qilingan Xideki Yukava 1935 yilda,[36] har qanday kuch vositachilik qiladigan zarrachaning massasi va u vositachilik qiladigan kuch oralig'i o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik haqidagi chuqur mulohazalariga asoslanadi. Bunga ruxsat berilgan noaniqlik printsipi. Dinamik ma'lumot bo'lmasa, Myurrey Gell-Mann abeliya bo'lmagan simmetriya haqidagi mulohazalardan jismoniy bashoratlarni chiqarishga kashshof bo'lib, abeliya bo'lmagan yolg'on guruhlarni joriy algebra va shuning uchun uni kelib chiqqan o'lchov nazariyalari.

1960 va 1970-yillarda, hozirgi kunda deb nomlanuvchi o'lchov nazariyasi shakllandi Standart model ning zarralar fizikasi, bu elementar zarralarni va ular orasidagi o'zaro ta'sirlarni muntazam ravishda tavsiflaydi. Kuchli o'zaro ta'sirlar tasvirlangan kvant xromodinamikasi (QCD), "rang" asosida SU(3). Zaif ta'sir o'tkazish qo'shimcha funktsiyani talab qiladi o'z-o'zidan paydo bo'ladigan simmetriya tomonidan aniqlangan Yoichiro Nambu va yordamchi Xiggs mexanizmi, keyingi ko'rib chiqildi.

Elektr zaif birlashma

The elektr zaif ta'sir o'tkazish standart modelning bir qismi tomonidan tuzilgan Sheldon Glashow, Abdus Salam va John Clive Ward 1959 yilda[37][38] nazariyaning SU (2) xU (1) guruh tuzilishini kashf qilishlari bilan. 1967 yilda, Stiven Vaynberg ajoyib tarzda chaqirdi Xiggs mexanizmi W va Z massalarining avlodi uchun[39] (oraliq vektor bosonlari zaif o'zaro ta'sirlar va neytral oqimlar uchun mas'ul) va foton massasini nolga etkazish. Oltin tosh va Xiggs gabarit nazariyalarida massa yaratish g'oyasi 1950 yillarning oxiri va 1960 yillarning boshlarida bir qator nazariyotchilar (shu jumladan) Yoichiro Nambu, Stiven Vaynberg, Jeffri Goldstoun, Fransua Englert, Robert Brut, G. S. Guralnik, C. R. Xagen, Tom Kibble va Filipp Uorren Anderson ) hosil bo'lishida elektromagnetizmning U (1) simmetriyasini (o'z-o'zidan) buzilishiga o'xshash foydali o'xshashlikni sezdi. BCS supero'tkazgichning asosiy holati. Bunday vaziyatda ishtirok etgan o'lchov bozoni, foton, xuddi cheklangan massaga ega bo'lgandek o'zini tutadi.

Jismoniy vakuum (asosiy holat) "buzilmagan" elektr zaifligi nazarda tutgan simmetriyalarni hurmat qilmasligi ehtimoli ko'proq. Lagrangian ulardan biri dala tenglamalariga keladi (maqolaga qarang Elektr zaif ta'sir o'tkazish batafsil ma'lumot uchun). Vaynberg va Salamning elektroweak nazariyasi ko'rsatilgan edi qayta normalizatsiya qilinadigan (cheklangan) va shuning uchun mos keladi Gerardus Hoft va Martinus Veltman. Glashou-Vaynberg-Salam nazariyasi (GWS nazariyasi) g'alaba bo'lib, ma'lum qo'llanmalarda kvant elektrodinamikasiga teng aniqlik beradi.

Kvant xromodinamikasi

Kuchli shovqinlar holatida, ularning qisqa masofaga / yuqori energetik harakatlariga bog'liq bo'lgan taraqqiyot ancha sekinroq va umidsizroq edi. Elektr zaif maydonlar bilan kuchli ta'sir o'tkazish uchun bog'lanish kuchi, kuch tashuvchilarning massa hosil bo'lishi, shuningdek ularning o'zlarining chiziqli bo'lmagan o'zaro ta'sirlari bilan bog'liq qiyin masalalar mavjud edi. A tomon nazariy yutuqlar bo'lgan bo'lsa-da katta birlashgan kvant maydon nazariyasi elektromagnit kuch, kuchsiz va kuchli kuchlarni o'z ichiga olgan holda, empirik tekshirish hali ham kutilmoqda. Super birlashma tortishish kuchini o'zida mujassam etgan, hali ham juda spekulyativ va zamonaviy nazariy fizikaning ko'plab eng yaxshi aqllari tomonidan intensiv tekshiruv ostida. Gravitatsiya - bu a tensor maydoni spin-2 gauge-boson, "graviton" ning tavsifi va keyingi maqolalarda muhokama qilinadi. umumiy nisbiylik va kvant tortishish kuchi.

Kvant tortishish kuchi

(To'rt o'lchovli) kvant maydon nazariyasi metodlari nuqtai nazaridan va izchil kvant tortishish nazariyasini shakllantirish bo'yicha ko'plab sa'y-harakatlar shuni ko'rsatadiki, tortishish kvantizatsiyasi yomon xulq-atvor uchun amaldagi chempion bo'ldi.[40]

Gravitatsion birlashma konstantasi massaning teskari kuchlarini o'z ichiga oladigan o'lchamlarga ega ekanligi va oddiy natijada u o'zini yomon tutgan chiziqsiz o'zaro ta'sirlar bilan bog'liqligi bilan bog'liq bo'lgan texnik muammolar mavjud. Gravitatsiya o'zi tortishish manbai bo'lib, shunga o'xshash nazariyalarni o'lchash uchun (ularning muftalari, aksincha, o'lchovsiz), bezovtalanish nazariyasining ortib boruvchi tartibsizliklaridagi boshqarilmas farqlarga olib keladi.

Bundan tashqari, tortishish kuchi barcha energiya bilan bir xil darajada kuchli bo'ladi ekvivalentlik printsipi Shunday qilib, bu gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirni har doim chindan ham "o'chirish", "uzish" yoki ajratish, boshqa o'zaro ta'sirlardan noaniq qiladi, chunki tortishish bilan biz fazo-vaqtning o'zi tuzilishi bilan shug'ullanamiz.

Qo'shimcha ma'lumotlar: umumiy kovaryans va Xoking radiatsiyasi

Bundan tashqari, kvant tortishish nazariyasi zarur ekanligi aniqlanmagan (qarang Egri vaqt oralig'idagi kvant maydon nazariyasi ).

Renormalizatsiya qilishning zamonaviy doirasi

Asosiy maqola: Renormalizatsiya guruhi nazariyasining tarixi

Tushunishda parallel yutuqlar fazali o'tish yilda quyultirilgan moddalar fizikasi ga asoslangan yangi tushunchalarga olib keldi renormalizatsiya guruhi. Ular ish bilan shug'ullanishdi Leo Kadanoff (1966)[41] va Kennet Geddes Uilson –Maykl Fisher (1972)[42]- ishini uzaytirish Ernst Stuekkelberg –André Petermann (1953)[43] va Myurrey Gell-Mann –Frensis Low (1954)[44]- bu 1975 yilda Kennet Geddes Uilson tomonidan kvant maydon nazariyasini tubdan qayta tuzilishiga olib keldi.[45] Ushbu islohot evolyutsiyasi haqida tushuncha berdi samarali maydon nazariyalari barcha dala nazariyalarini tasniflagan o'lchov bilan, qayta normalizatsiya qilinadigan yoki yo'qmi. Ajoyib xulosa shuki, umuman olganda, ko'pchilik kuzatiladigan narsalar "ahamiyatsiz", ya'ni makroskopik fizika faqat bir nechta kuzatiladigan narsalar ustunlik qiladi aksariyat tizimlarda.

Xuddi shu davrda Leo Kadanoff (1969)[46] kiritilgan operator algebra ikki o'lchovli uchun rasmiylik Ising modeli, ning keng o'rganilgan matematik modeli ferromagnetizm yilda statistik fizika. Ushbu rivojlanish kvant maydon nazariyasi uni tavsiflashni taklif qildi o'lchov chegarasi. Keyinchalik, cheklangan miqdordagi ishlab chiqarish degan fikr paydo bo'ldi operatorlar barchasini ifodalashi mumkin korrelyatsion funktsiyalar Ising modeli. Ikki o'lchovli tanqidiy tizimlarning miqyosi chegarasi uchun ancha kuchli simmetriyaning mavjudligi taklif qilingan Aleksandr Belavin, Aleksandr Markovich Polyakov va Aleksandr Zamolodchikov oxir-oqibat rivojlanishiga olib kelgan 1984 yilda konformal maydon nazariyasi,[47][48] hozirgi vaqtda zarralar fizikasi va quyultirilgan moddalar fizikasining turli sohalarida qo'llaniladigan kvant maydon nazariyasining alohida hodisasi.

The renormalizatsiya guruhi nazariya fizikasida "buyuk sintez" deb nomlangan narsalarni keltirib chiqaradigan chuqur fizik tushunishni ta'minlaydigan nazariya xatti-harakatlarining o'zgarishini miqyos bilan kuzatib borish uchun bir qator g'oyalar va usullarni o'z ichiga oladi va zarralar fizikasida ishlatiladigan kvant maydon nazariy metodlarini birlashtiradi. quyuqlashgan fizikani yagona kuchli nazariy asosga aylantirdi.

O'lchov sohasi nazariyasi kuchli o'zaro ta'sirlar, kvant xromodinamikasi, ajralib turadigan xarakterli xususiyatlar uchun ushbu renormalizatsiya guruhiga juda bog'liqdir, asimptotik erkinlik va rangni cheklash.

So'nggi o'zgarishlar

Shuningdek qarang

Izohlar

  1. ^ De-Broyl, Lui (1925). A. F. Kracklauer tomonidan tarjima qilingan. "Recherches sur la théorie des Quanta". Annales de Physique (frantsuz tilida). EDP ​​fanlari. 10 (3): 22–128. Bibcode:1925AnPh ... 10 ... 22D. doi:10.1051 / anphys / 192510030022. ISSN  0003-4169.
  2. ^ Todorov, Ivan (2012). "Kvantizatsiya - bu sir". Bolgariya fizika jurnali. 39 (2): 107–149. arXiv:1206.3116.
  3. ^ Tug'ilgan, M.; Geyzenberg, V.; Iordaniya, P. (1926). "Zur Quantenmexanik II". Zeitschrift für Physik. 35 (8–9): 557–615. Bibcode:1926ZPhy ... 35..557B. doi:10.1007 / BF01379806. Qog'oz 1925 yil 16-noyabrda olingan. [Ingliz tiliga tarjimasi: van der Waerden 1968 yil, 15 "Kvant mexanikasi to'g'risida II"]
  4. ^ Ushbu maqoladan oldin Born va Jordan tomonidan 1925 yilda nashr etilgan. (Tug'ilgan, M.; Iordaniya, P. (1925). "Zur Quantenmexanik". Zeitschrift für Physik. 34 (1): 858. Bibcode:1925ZPhy ... 34..858B. doi:10.1007 / BF01328531.)
  5. ^ Dirac, P. A. M. (1927 yil 1-fevral). "Radiatsiya emissiyasi va yutilishining kvant nazariyasi". Qirollik jamiyati materiallari: matematik, fizika va muhandislik fanlari. Qirollik jamiyati. 114 (767): 243–265. Bibcode:1927RSPSA.114..243D. doi:10.1098 / rspa.1927.0039. ISSN  1364-5021.
  6. ^ Ning Yang, Chen (2012). "Fermining parchalanish nazariyasi" (PDF). Osiyo Pac. Fizika. Axborotnomasi. 1: 27. doi:10.1142 / S2251158X12000045.
  7. ^ Fermi, E (1934). "Versuch einer Theorie der Strahlen". Z. fiz. 88: 161–77. Bibcode:1934ZPhy ... 88..161F. doi:10.1007 / BF01351864.
  8. ^ Ambarzumjon, V.A.; Iwanenko, D.D. (1930). "Eine quantantheoretische Bemerkung zur einheitlichen Feldtheorie". Doklady SSSR akademiyasi. Ilmiy ish. 3: 45–49.
  9. ^ Iordaniya, P .; Pauli, V. (1928). "Zur Quantenelektrodynamik ladungsfreier Felder". Zeitschrift für Physik (nemis tilida). Springer Science and Business Media MChJ. 47 (3–4): 151–173. Bibcode:1928ZPhy ... 47..151J. doi:10.1007 / bf02055793. ISSN  1434-6001.
  10. ^ Jagdish Mehra, Helmut Rechenberg, Ehtimollar talqini va statistik o'zgarish nazariyasi, fizik talqin va kvant mexanikasining empirik va matematik asoslari 1926-1932, Springer, 2000, p. 199.
  11. ^ Schrödinger, E. (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem; fon Ervin Shrödinger". Annalen der Physik. 384 (4): 361–77. Bibcode:1926AnP ... 384..361S. doi:10.1002 / va s.19263840404.
  12. ^ Bor, Nil; Rozenfeld, Leon (1933). "Zur frage der messbarkeit der electromagnetischen feldgrossen". Kgl. Danske Videnskabernes Selskab Mat.-Fys. Medd. 12: 8.
  13. ^ Iordaniya, P. (1927). "Über eine neue Begründung der Quantenmechanik". Zeitschrift für Physik (nemis tilida). Springer Science and Business Media MChJ. 40 (11–12): 809–838. Bibcode:1927ZPhy ... 40..809J. doi:10.1007 / bf01390903. ISSN  1434-6001.
  14. ^ Iordaniya, P. (1927). "Über eine neue Begründung der Quantenmechanik. II". Zeitschrift für Physik (nemis tilida). Springer Science and Business Media MChJ. 44 (1–2): 1–25. Bibcode:1927ZPhy ... 44 .... 1J. doi:10.1007 / bf01391714. ISSN  1434-6001.
  15. ^ Don Xovard, "Kontekstda kvant mexanikasi: Pascual Jordanning 1936 yildagi Anschauliche Quantentheorie".
  16. ^ Daniel Grinberger, Klaus Xentschel, Fridel Vaynert (tahr.), Kvant fizikasi to'plami: tushunchalar, tajribalar, tarix va falsafa, Springer, 2009 yil: "Miqdor (birinchi, ikkinchi) ".
  17. ^ Artur I. Miller, Dastlabki kvant elektrodinamikasi: manbalar kitobi, Kembrij universiteti matbuoti, 1995, p. 18.
  18. ^ Kramers 1947 yilda o'z ishini taqdim etdi Shelter Island konferentsiyasi, 1948 yilda takrorlangan Solvay konferentsiyasi. Ikkinchisi 1950 yilda nashr etilgan Solvay konferentsiyasi materiallari nashr etilgunga qadar nashr etilmagan (qarang: Laurie M. Brown (tahr.), Renormalizatsiya: Lorentsdan Landaugacha (va undan tashqarida), Springer, 2012, p. 53). Kramersning yondashuvi shunday edi nonrelativistik (qarang Jagdish Mehra, Helmut Rechenberg, Kvant mexanikasining kontseptual yakunlanishi va kengaytirilishi 1932-1941 yy. Epilog: 1942-1999 yillarda kvant nazariyasini yanada rivojlantirish aspektlari: 6-jild, 2-qism, Springer, 2001, p. 1050).
  19. ^ X. Bethe (1947). "Energiya darajalarining elektromagnit siljishi". Jismoniy sharh. 72 (4): 339–41. Bibcode:1947PhRv ... 72..339B. doi:10.1103 / PhysRev.72.339.
  20. ^ Shvinger, Julian (1948 yil 15-fevral). "Kvant-elektrodinamika va elektronning magnit momenti to'g'risida". Jismoniy sharh. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 73 (4): 416–417. Bibcode:1948PhRv ... 73..416S. doi:10.1103 / physrev.73.416. ISSN  0031-899X.
  21. ^ Shvinger, Julian (1948 yil 15-noyabr). "Kvant elektrodinamikasi. I. Kovariant formulasi". Jismoniy sharh. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 74 (10): 1439–1461. Bibcode:1948PhRv ... 74.1439S. doi:10.1103 / physrev.74.1439. ISSN  0031-899X.
  22. ^ Shvinger, Julian (1949 yil 15-fevral). "Kvant elektrodinamikasi. II. Vakuum polarizatsiyasi va o'z-o'zini energiya". Jismoniy sharh. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 75 (4): 651–679. Bibcode:1949PhRv ... 75..651S. doi:10.1103 / physrev.75.651. ISSN  0031-899X.
  23. ^ Shvinger, Julian (1949 yil 15-sentyabr). "Kvant elektrodinamikasi. III. Elektronning elektromagnit xususiyatlari - tarqalishga nurli tuzatishlar". Jismoniy sharh. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 76 (6): 790–817. Bibcode:1949PhRv ... 76..790S. doi:10.1103 / physrev.76.790. ISSN  0031-899X.
  24. ^ Feynman, Richard P. (1948). "Relatistik bo'lmagan kvant mexanikasiga makon-vaqt munosabati" (PDF). Zamonaviy fizika sharhlari. 20 (2): 367–387. Bibcode:1948RvMP ... 20..367F. doi:10.1103 / RevModPhys.20.367.
  25. ^ Feynman, Richard P. (1948). "Klassik elektrodinamika uchun relyativistik uzilish" (PDF). Jismoniy sharh. 74 (8): 939–946. Bibcode:1948PhRv ... 74..939F. doi:10.1103 / PhysRev.74.939.
  26. ^ Feynman, Richard P. (1948). "Kvant elektrodinamikasi uchun relyativistik uzilish" (PDF). Jismoniy sharh. 74 (10): 1430–38. Bibcode:1948PhRv ... 74.1430F. doi:10.1103 / PhysRev.74.1430.
  27. ^ Tomonaga, S. (1946 yil 1-iyul). "To'lqin maydonlarining kvant nazariyasining nisbiy o'zgarmas formulasi to'g'risida *". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 1 (2): 27–42. Bibcode:1946PhPh ... 1 ... 27T. doi:10.1143 / ptp.1.27. ISSN  1347-4081.
  28. ^ Koba, Z.; Tati, T .; Tomonaga, S.-i. (1 sentyabr 1947). "To'lqin maydonlarining kvant nazariyasining nisbiy o'zgarmas formulasi to'g'risida. II: o'zaro ta'sir qiluvchi elektromagnit va elektron maydonlari holati". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 2 (3): 101–116. Bibcode:1947PThPh ... 2..101K. doi:10.1143 / ptp / 2.3.101. ISSN  0033-068X.
  29. ^ Koba, Z.; Tati, T .; Tomonaga, S.-i. (1947 yil 1-noyabr). "To'lqin maydonlarining kvant nazariyasining nisbiy o'zgarmas formulasi to'g'risida. III: o'zaro ta'sir qiluvchi elektromagnit va elektron maydonlari holati". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 2 (4): 198–208. Bibcode:1947PThPh ... 2..198K. doi:10.1143 / ptp / 2.4.198. ISSN  0033-068X.
  30. ^ Kanesava, S .; Tomonaga, S.-i. (1948 yil 1-fevral). "To'lqin maydonlarining kvant nazariyasining nisbiy o'zgarmas formulasi to'g'risida. IV: o'zaro ta'sir qiluvchi elektromagnit va mezon maydonlari holati". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 3 (1): 1–13. doi:10.1143 / ptp / 3.1.1. ISSN  0033-068X.
  31. ^ Kanesava, S .; Tomonaga, S.-i. (1948 yil 1-may). "V to'lqin maydonlari kvant nazariyasining nisbiy o'zgarmas formulasi to'g'risida: elektromagnit va mezon maydonlarining o'zaro ta'siri holati". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 3 (2): 101–113. Bibcode:1948PThPh ... 3..101K. doi:10.1143 / ptp / 3.2.101. ISSN  0033-068X.
  32. ^ Koba, Z.; Tomonaga, S.-i. (1948 yil 1-avgust). "To'qnashuv jarayonlaridagi nurlanish reaktsiyalari to'g'risida. Men:" O'z-o'ziga mos keladigan "ayirboshlash usulini elektronni elastik tarqalishiga qo'llash". Nazariy fizikaning taraqqiyoti. Oksford universiteti matbuoti (OUP). 3 (3): 290–303. Bibcode:1948PThPh ... 3..290K. doi:10.1143 / ptp / 3.3.290. ISSN  0033-068X.
  33. ^ Tomonaga, Sin-Itiro; Oppengeymer, J. R. (1948 yil 15-iyul). "Kvant maydoni nazariyasidagi cheksiz maydon reaktsiyalari to'g'risida". Jismoniy sharh. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 74 (2): 224–225. Bibcode:1948PhRv ... 74..224T. doi:10.1103 / physrev.74.224. ISSN  0031-899X.
  34. ^ F. J. Dyson (1949). "Tomonaga, Shvinger va Feynmanning radiatsion nazariyalari". Fizika. Vah. 75 (3): 486–502. Bibcode:1949PhRv ... 75..486D. doi:10.1103 / PhysRev.75.486.
  35. ^ Jeyms D. Byorken va Sidni Devid Drel, Relativistik kvant maydonlari, McGraw-Hill, 1965, p. 85.
  36. ^ X. Yukava (1935). "Elementar zarralarning o'zaro ta'siri to'g'risida" (PDF). Proc. Fizika-matematika. Soc. Jpn. 17 (48).
  37. ^ Glashou, Sheldon L. (1959). "Vektorli mezon o'zaro ta'sirining renormalizatsiyasi". Yadro fizikasi. Elsevier BV. 10: 107–117. doi:10.1016/0029-5582(59)90196-8. ISSN  0029-5582.
  38. ^ Salam, A.; Ward, J. C. (1959). "Zaif va elektromagnit ta'sirlar". Nuovo Cimento. 11 (4): 568–577. Bibcode:1959NCim ... 11..568S. doi:10.1007 / BF02726525.
  39. ^ Vaynberg, S (1967). "Leptonlarning modeli" (PDF). Fizika. Ruhoniy Lett. 19 (21): 1264–66. Bibcode:1967PhRvL..19.1264W. doi:10.1103 / PhysRevLett.19.1264. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2012-01-12.
  40. ^ Brayan Xetfild, Fernando Morinigo, Richard P. Feynman, Uilyam Vagner (2002) "Feynman tortishish bo'yicha ma'ruzalar", ISBN  978-0-8133-4038-8
  41. ^ Kadanoff, Leo P. (1966 yil 1-may). "T yaqinidagi Ising modellari uchun masshtab qonunlariv". Fizika Fizika Fizika. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 2 (6): 263–272. doi:10.1103 / physicsphysiquefizika.2.263. ISSN  0554-128X.
  42. ^ Uilson, Kennet G.; Fisher, Maykl E. (1972 yil 24-yanvar). "3.99 o'lchamdagi muhim ko'rsatkichlar". Jismoniy tekshiruv xatlari. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 28 (4): 240–243. Bibcode:1972PhRvL..28..240W. doi:10.1103 / physrevlett.28.240. ISSN  0031-9007.
  43. ^ Stuekkelberg, E. C. G.; Petermann, A. (1953). "La renormalisation des constants dans la théorie de quanta". Salom. Fizika. Acta. 26: 499–520.
  44. ^ Gell-Mann, M.; Kam, F.E. (1954). "Kichik masofalardagi kvant elektrodinamikasi" (PDF). Jismoniy sharh. 95 (5): 1300–12. Bibcode:1954PhRv ... 95.1300G. doi:10.1103 / PhysRev.95.1300.
  45. ^ Uilson, K. (1975). "Renormalizatsiya guruhi: Kritik hodisalar va Kondo muammosi". Zamonaviy fizika sharhlari. 47 (4): 773. Bibcode:1975RvMP ... 47..773W. doi:10.1103 / RevModPhys.47.773.
  46. ^ Kadanoff, Leo P. (1969 yil 22-dekabr). "Operator algebra va kritik ko'rsatkichlarni aniqlash". Jismoniy tekshiruv xatlari. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 23 (25): 1430–1433. doi:10.1103 / physrevlett.23.1430. ISSN  0031-9007.
  47. ^ Belavin AA; Polyakov AM; Zamolodchikov AB (1984). "Ikki o'lchovli kvant maydon nazariyasidagi cheksiz konformal simmetriya". Yadro. Fizika. B. 241 (2): 333–80. Bibcode:1984NuPhB.241..333B. doi:10.1016 / 0550-3213 (84) 90052-X.
  48. ^ Clément Hongler, Ising modeli korrelyatsiyasining konformal invariantligi, T.f.n. tezis, Jeneva universiteti, 2010, p. 9.

Qo'shimcha o'qish

  • Pais, Ibrohim; Ichki chegaralar - jismoniy dunyoda materiya va kuchlar, Oksford universiteti matbuoti (1986) ISBN  0-19-851997-4. Princetonda sobiq Eynshteyn yordamchisi tomonidan yozilgan bu 1895 yildan (rentgen nurlari kashf etilgan) 1983 yilgacha (boson vektorlari kashf etilgan) zamonaviy fundamental fizikaning go'zal batafsil tarixi. CERN ).
  • Richard Feynman; Fizikadan ma'ruza matnlari. Princeton universiteti matbuoti: Prinston (1986).
  • Richard Feynman; QED. Princeton universiteti matbuoti: Prinston (1982).
  • Vaynberg, Stiven; Maydonlarning kvant nazariyasi - asoslar (I tom), Kembrij universiteti matbuoti (1995) ISBN  0-521-55001-7 Vaynbergning monumental traktatining birinchi bobi (1-40 betlar) Q.F.T.ning qisqacha tarixini beradi. 608.
  • Vaynberg, Stiven; Maydonlarning kvant nazariyasi - zamonaviy qo'llanmalar (II jild), Kembrij universiteti matbuoti: Kembrij, Buyuk Britaniya (1996) ISBN  0-521-55001-7, 489-bet.
  • Vaynberg, Stiven; Maydonlarning kvant nazariyasi - Supersimetriya (III jild), Kembrij universiteti matbuoti: Kembrij, Buyuk Britaniya (2000) ISBN  0-521-55002-5, 419-bet.
  • Shveber, Silvan S.; QED va uni amalga oshirgan erkaklar: Dyson, Feynman, Shvinger va Tomonaga, Prinston universiteti matbuoti (1994) ISBN  0-691-03327-7
  • Yndurayn, Fransisko Xose; Kvant xromodinamikasi: kvarklar va glyonlar nazariyasiga kirish, Springer Verlag, Nyu-York, 1983 yil. ISBN  0-387-11752-0
  • Miller, Artur I.; Dastlabki kvant elektrodinamikasi: manbalar kitobi, Kembrij universiteti matbuoti (1995) ISBN  0-521-56891-9
  • Shvinger, Julian; Kvant elektrodinamikasi bo'yicha tanlangan maqolalar, Dover Publications, Inc. (1958) ISBN  0-486-60444-6
  • O'Raifeartaigh, Lochlainn; O'lchov nazariyasining shafaqlanishi, Prinston universiteti matbuoti (1997 yil 5-may) ISBN  0-691-02977-6
  • Cao, Tian Yu; 20-asr dala nazariyalarining kontseptual rivojlanishi, Kembrij universiteti matbuoti (1997) ISBN  0-521-63420-2
  • Darrigol, Olivye; La genèse du concept de champ quantique, Annales de Physique (Frantsiya) 9 (1984) 433-501 betlar. Fransuz tilidagi matn mualliflik dissertatsiyasidan moslashtirilgan. tezis.