Кіріспе

Жоғары энергиялық физикадан туындайтын дивергенциялар. Физикадағы ультракүлгін дивергенциясы немесе УК дивергенциясы – интегралдың, мысалы, Фейнман диаграммасының, шексіз энергиясы бар объектілердің үлесінен немесе, баламалы түрде, нөлдік қашықтықтағы физикалық құбылыстардан дивергенциялану жағдайы.

Шолу

Шексіз нәтиже физикалық емес болғандықтан, ультракүлгін дивергенциялар жиі физикалық емес әсерлерді жою үшін арнайы өңдеуді қажет етеді. Атап айтқанда, УК-дивергенцияларды реттеу және қайта нормалау арқылы жоюға болады. Ультракүлгін дивергенцияның сәтті шешілуі ультракүлгін толықталу деп аталады. Егер оларды жою мүмкін болмаса, онда теория өте қысқа қашықтықтарда бұзылу теориясымен жақсы анықталмағандығын білдіреді. Атауы мұндай дивергенцияның ең алғашқы мысалынан, қара дене сәулеленуін түсіну кезінде алғаш кездескен "ультракүлгін апаттан" алынған. XIX ғасырдың соңында классикалық физика бойынша, кез келген нақты толқын ұзындығында бөлінетін жарық түріндегі сәулелену мөлшері толқын ұзындығы азайған сайын арта түседі – әсіресе, қара дене сәулеленуінен ультракүлгін жарық инфразер жарықтан гөрі көп бөлінуі керек. Бірақ өлшемдер керісінше нәтиже берді, ең көп энергия орташа толқын ұзындығында бөлінетінін көрсетті, бұл классикалық механиканың сәтсіздігін көрсетеді. Бұл мәселе ақырында кванттық механиканың дамуына әкелді. Алғашқы ультракүлгін апатты сәтті шешу ультракүлгін дивергенциясының басқа да мәселелерін шешуге ұмтылуға себеп болды. Электромагнетизмдегі ұқсас мәселені Ричард Фейнман кванттық өріс теориясын қолдану арқылы, қайта нормалау топтарын пайдаланып шешкен, нәтижесінде кванттық электродинамиканың (QED) табысты құрылуына әкелді. Ұқсас әдістер бөлшектер физикасының стандартты моделіне алып келді. Ультракүлгін дивергенциялар, мысалы, суперсимметрия сияқты жаңа физикалық теорияларды зерттеуде маңызды рөл атқарады.

Тоқырау теориясындағы көбейу

Фундаменталды бөлшектердің кванттық шашырауы туралы қазіргі заманғы теориялар, толқын теңдеулерін қанағаттандыратын классикалық өрістерге кванттау процедурасын қолдану нәтижесінде пайда болғандығын айта отырып, Дж.Д. Бьёркен мен Сидни Дрелл осындай процедураға қатысты келесі фактілерді атап көрсетті. Бұл фактілер 1965 жылғыдай бүгінде де маңызды: Біріншіден, бізді дифференциалдық толқын таралуына ие теорияға жеткізеді. Өріс функциялары үздіксіз x және t параметрлерінің үздіксіз функциялары болып табылады, ал x нүктесіндегі өрістердегі өзгерістер x нүктесіне өте жақын орналасқан өрістердің қасиеттерімен анықталады. Көптеген толқын өрістері үшін (мысалы, дыбыс толқындары, ішектер мен мембраналардың дірілдері) мұндай сипаттама – ортаның ұсақтығын өлшейтін сипаттамалық ұзындығынан артық қашықтықтар үшін жарамды идеалдау. Кіші қашықтықтарда бұл теориялар күрт өзгеріске ұшырайды. Электромагниттік өріс – ерекше жағдай. Шындығында, арнайы салыстырмалылық теориясы механикалық түсіндіру қажеттігін жойғанша, физиктер сәулелену өрісінің механикалық сипаттамасын табуға көп күш салды. Жарық толқындарын тарату үшін қажетті «эфир» тұжырымы тасталғаннан кейін, электронның толқындық қасиеттері жаңа өрістің енгізілуін ұсынғанда, осы идеяны қабылдау қиындықтары азайды. Шындығында, электрон толқынының негізінде жатқан «эфирдің» дәлелі жоқ. Дегенмен, қазіргі тәжірибелік білімді күрт экстраполяциялау арқылы, «үлкен» қашықтықта (яғни, атомдық ұзындықтар ≈10⁻⁸ см) сәтті болатын толқындық сипаттаманы, ұзындығы белгісіз еселік кішірек қашықтықтарға (мысалы, ядролық ұзындықтан кем ≈10⁻¹³ см) таратуға болады деп есептеу – қателік. Релятивистік теорияда, өрістің сипаттамасының кез келген кіші кеңістік-уақыт аралығында дұрыс екендігі туралы болжам, бұрылыс теориясында электрондардың өзіндік энергиясы мен таза заряды үшін шексіз өрнектерге әкелді. Ренормализация теориясы бұл шексіздік қиындықтарын айналып өтті, бұл бұрылыс кеңеюінің сәтсіздігін көрсетеді. Алайда, бұл шексіздіктер теорияның кіші қашықтықтағы мінез-құлқындағы созылмалы бұзылыстың белгісі деп кеңінен саналады. Онда біз неліктен жергілікті өріс теорияларын, яғни толқын таралуының дифференциалдық заңдарымен сипатталатын теорияларды осылай кеңінен қолданып, қабылдадық деген сұрақ туындайды. Мұның бірнеше себебі бар, оның ішінде маңыздысы – олардың көмегімен байқаулармен сәйкес келетін маңызды аймақ табылды. Бірақ ең басты себеп өте қарапайым: дифференциалдық өріс теңдеулерінен қашқан теорияның сенімді нысаны жоқ.