Кіріспе

Физика және ықтималдық теориясында орташа өріс теориясы (MFT) немесе өзіндік тұрақты өріс теориясы жоғары өлшемді кездейсоқ (стохастикалық) модельдердің мінез-құлқын, еркіндік дәрежелерін орташалау арқылы түпнұсқасына жуықтайтын қарапайым модельді зерттеу арқылы анықтайды. Мұндай модельдерде бір-бірімен өзара әрекеттесетін көптеген жеке компоненттер қарастырылады. MFT-ның негізгі идеясы – кез келген денеге барлық өзара әрекеттесуді орташа немесе тиімді өзара әрекеттесумен алмастыру, бұл кейде молекулалық өріс деп аталады. Бұл көп дене проблемасын тиімді бір дене проблемасына дейін төмендетуге мүмкіндік береді. MFT мәселелерін шешудің қарапайымдығы жүйенің мінез-құлқы туралы бірқатар түсініктерді есептеу шығындарын азайту арқылы алуға болады. MFT физикадан тыс, статистикалық қорытындылар, графикалық модельдер, нейробиология, жасанды интеллект, эпидемиологиялық модельдер, кезек теориясы, компьютерлік желілердің жұмысы және ойын теориясы сияқты көптеген салаларда, мысалы, кванттық жауаптық тепе-теңдікте қолданылды.

Шығу тегі

Физикада (статистикалық механикада) бұл идея алғаш рет Пьер Кюри мен Пьер Вайс еңбектерінде фазалық өтулерді сипаттау үшін пайда болды. Орташа өріс теориясы (МӨТ) Брэгг-Уильямс жуықтауында, Бет торларындағы модельдерде, Ландау теориясында, Пьер-Вайс жуықтауында, Флори-Хуггинс ерітінді теориясында және Шейтженс-Флиер теориясында қолданылған. Көптеген (кейде шексіз) еркіндік дәрежесіне ие жүйелерді дәл шешу немесе жабық, талдамалық түрде есептеу, кейбір қарапайым жағдайларды қоспағанда (мысалы, белгілі бір Гаусс кездейсоқ өріс теориялары, 1D Изинг моделі) қиынға соғады. Көбінесе жүйенің бөлініс функциясын есептеуді қиындататын комбинаторлық мәселелер туындайды. МӨТ – бұл бастапқы мәселені шешуге мүмкіндік беретін және есептеулерге ашық жасайтын жуықтау әдісі, ал кейбір жағдайларда МӨТ өте дәл жуықтамалар бере алады. Дала теориясында гамильтонианды өріс ортасының айналасындағы флуктуациялар шамасына қарай кеңейтуге болады. Осы контексте МӨТ-ні флуктуациялар бойынша гамильтонианның "нөлдік реттік" кеңейуі ретінде қарастыруға болады. Физикалық тұрғыдан алғанда, бұл МӨТ жүйесінде флуктуациялар жоқ дегенді білдіреді, бірақ бұл барлық өзара әрекеттесулерді "орташа өріспен" алмастыру идеясымен үйлеседі. Көптеген жағдайларда МӨТ жоғары ретті флуктуацияларды зерттеу үшін ыңғайлы бастапқы нүкте ұсынады. Мысалы, бөлініс функциясын есептеу кезінде гамильтониандағы өзара әрекеттесу мүшелерінің комбинаторикасын зерттеу кейде ең жақсы жағдайда бұзылу нәтижелерін немесе орташа өріс жуықтауын түзететін Фейнман диаграммаларын береді.

Қолданылу мерзімі

Жалпы, өлшемділік нақты бір мәселе үшін орташа өріс әдісінің қолданылуын анықтауда маңызды рөл атқарады. Кейде МӨА-ның дұрыс болуы үшін белгілі бір шекті өлшем болады, одан жоғарыда МӨА жарамды, ал одан төменде – жарамсыз. Эвристикалық тұрғыдан алғанда, МӨА-да көптеген өзара әрекеттесулер бір тиімді өзара әрекеттесумен алмастырылады. Егер өріс немесе бөлшек бастапқы жүйеде көптеген кездейсоқ өзара әрекеттесулерге ие болса, олар бір-бірін жояды, сондықтан орташа тиімді өзара әрекеттесу және МӨА одан да дәл болады. Бұл жоғары өлшемділік жағдайында, Гамильтонианда ұзақ қашықтықтағы күштер болғанда немесе бөлшектер кеңейтілген кезде (мысалы, полимерлер) орын алады. Гинцбург критерийі – бұл өзгерістердің МӨА-ны нашар жуықтауға айналдыруын формалды түрде көрсететін шарт, ол көбінесе зерттеліп отырған жүйенің кеңістіктік өлшемдерінің санына байланысты болады.

Қолданбалар

Орташа өріс теориясы фазалық өтулер сияқты құбылыстарды зерттеу мақсатымен көптеген физикалық жүйелерге қолданылады.

Уақытқа тәуелді орташа өрістерге кеңейту

Орташа өріс теориясында, бір тармақтық мәселеде кездесетін орташа өріс уақытқа тәуелсіз скалярлық немесе векторлық шама болып табылады. Дегенмен, бұл әрқашан солай бола бермейді: орташа өріс теориясының динамикалық орташа өріс теориясы (ДМФТ) деп аталатын түрінде орташа өріс уақытқа тәуелді шамаға айналады. Мысалы, ДМФТ Хаббард моделіне металл-Мотт оқшаулағышқа өтуді зерттеу үшін қолданылуы мүмкін.