Кіріспе

Кванттық өріс теориясының аксиомалық тұжырымдамасы. Математикалық физикада Уайтман аксиомалары (Артур Уайтманның есімімен аталады) – кванттық өріс теориясын математикалық тұрғыдан қатаң тұжырымдауға жасалған тыраш. Артур Уайтман аксиомаларды 1950 жылдардың басында тұжырымдады, бірақ олар 1964 жылы ғана жарияланды, Хааг-Руэлл шашырау теориясы олардың маңыздылығын растағаннан кейін. Аксиомалар конструктивті кванттық өріс теориясы контекстінде қарастырылады және кванттық өрістерді қатаң түрде зерттеуге, сондай-ақ қолданылатын perturbation әдістеріне берік негіз қалауға бағытталған. Мыңжылдық мәселелердің бірі – Янг-Миллз өрістері үшін Уайтман аксиомаларын жүзеге асыру.

Негізгі себептері

Уайтман аксиомаларының негізгі идеяларының бірі – Пуанкаре тобы бірлікпен әрекет ететін Хилберт кеңістігінің болуы. Осы арқылы энергия, импульс, бұрыштық импульс және масса орталығы (көшейткіштерге сәйкес) ұғымдары іске асырылады. Сондай-ақ, тұрақтылық туралы болжам бар, ол төрт импульстің спектрін оң жарық конусына (және оның шекарасына) шектейді. Дегенмен, бұл жергіліктілікті іске асыру үшін жеткіліксіз. Ол үшін Уайтман аксиомаларында кванттық өрістер деп аталатын, координатаға тәуелді операторлар бар, олар Пуанкаре тобының ковариантты өрнектемелерін құрайды. Кванттық өріс теориясы ультракүлгін проблемаларынан зардап шегетіндіктен, өрістің бір нүктедегі мәні анықталмаған. Бұған жете алу үшін Уайтман аксиомалары сынақ функциясы бойынша тарату идеясын енгізеді, бұл ультракүлгін дивергенцияларын басуға мүмкіндік береді, олар тіпті еркін өріс теориясында да пайда болады. Аксиомалар шексіз операторлармен жұмыс істейтіндіктен, операторлардың домендерін нақты анықтау қажет. Уайтман аксиомалары теорияның себептік құрылымын кеңістікте бөлінген өрістер арасындағы коммутативтілік немесе антикоммутативтілік принципі арқылы шектейді. Олар сондай-ақ вакуум деп аталатын Пуанкаре инвариантты күйдің бар екенін постулаттайды және оның бірегей болуын талап етеді. Аксиомалар вакуумды «циклдік» деп қарастырады, яғни, мазаланған өріс операторларымен құрылған полиномдық алгебра элементтерін вакуумдық күйде бағалау арқылы алынған барлық векторлар жиыны, бүкіл Хилберт кеңістігінің тығыз ішкі жиыны болып табылады. Соңында, бастапқы себептік шектеу бар, ол мазаланған өрістердегі кез келген полиномды кез келген дәлдікпен жуықтауға болады (яғни, әлсіз топологиядағы операторлардың лимиті), Минковский кеңістігіндегі ашық жиынтықтағы сынақ функциялары арқылы мазаланған өрістердегі полиномдар арқылы, оның себептік жабылуы бүкіл Минковский кеңістігін құрайды.

W1 (аумақтың домені мен сабақтастығы туралы болжамдар)

Әрбір f сынақ функциясы үшін, яғни, компактты тірекке ие және кез келген реттіде үздіксіз туындылары бар функция үшін, олардың қосылыстарымен бірге Хилберт күй кеңістігінің тығыз ішкі жиынында анықталатын операторлар жиыны бар, бұл жиын вакуумды қамтиды. A өрістері – операторлық мәнді жұмсақ үлестірулер. Хилберт күй кеңістігі вакуумға әрекет ететін өрістік полиномдармен құрылады (циклділік шарты).

W3 (жергілікті коммутативтілік немесе микроскопиялық себептілік)

Егер екі өрістің тіректері кеңістік тәрізді бөлінген болса, онда өрістер өзара ауысады немесе өзара антиауысады. Вакуумның циклдік қасиеті мен вакуумның бірегейлігі кейде жеке қарастырылады. Сонымен қатар, Гильберт күй кеңістігі асимптотикалық кеңістіктермен және , соқтығысу S матрицасында пайда болатын, толықтығының асимптотикалық қасиетіне ие. Дала теориясының тағы бір маңызды қасиеті – массалық интервал, ол энергия-импульс спектрінің нөл және қандай да бір оң сан арасындағы үзіліс болуын талап етпейді.

Кванттық өріс теориясындағы басқа құрылымдар мен ұғымдармен байланысы

Уайтманның аясы шекті температуралық күйлер сияқты шексіз энергиялық күйлерді қамтымайды. Жергілікті кванттық өріс теориясынан өзгеше, Уайтман аксиомалары себептік құрылымды теорема ретінде тудырудың орнына, кеңістікте бөлінген өрістер арасында коммутативтілік немесе антикоммутативтілік талап ету арқылы теорияның себептік құрылымын тікелей шектейді. Егер Уайтман аксиомаларын 4-тен басқа өлшемдерге ұзартуды қарастырсақ, бұл (анти)коммутативтілік постулаты төменгі өлшемдерде аниондар мен өру статистикасын жоққа шығарады. Уайтманның бірегей вакуумдық күй постулаты, спонтандық симметрия бұзылу жағдайында Уайтман аксиомаларын қолдануға қолайсыз етпейді, себебі біз әрқашан өзімізді суперселекция секторымен шектей аламыз. Уайтман аксиомаларының талап ететін вакуумның циклдік қасиеті, олар вакуумның суперселекция секторын ғана сипаттайды; бұл жалпылықтың айтарлықтай жоғалуы емес. Дегенмен, бұл болжам солитон сияқты шекті энергиялық күйлерді қамтымайды, оларды сынақ функцияларымен «сыланған» өрістердің полиномы арқылы тудыру мүмкін емес, өйткені солитон, кемінде өріс теориялық тұрғысынан алғанда, шексіздікте топологиялық шекаралық шарттарды қамтитын жаһандық құрылым болып табылады. Уайтман аясы тиімді өріс теорияларын қамтымайды, себебі сынақ функциясының қолдауының мөлшеріне ешқандай шектеу қойылмаған. Яғни, кесу шкаласы жоқ. Уайтман аясы сондай-ақ калибрлік теорияларды қамтымайды. Тіпті абелдік калибрлік теорияларында да дәстүрлі тәсілдер «Хилберт кеңістігімен» басталады, оның нормасы анықталмаған (демек, бұл толыққанды Хилберт кеңістігі емес, себебі оң анықталған норма талап етіледі, бірақ физиктер оны осылай атайды), ал физикалық күйлер мен физикалық операторлар кохомологияға жатады. Бұл мәселе, әрине, Уайтман аясында қарастырылмаған. (Дегенмен, Швингер, Кристо және Ли, Грибов, Званзигер, Ван Баал және т.б. көрсеткендей, Куломб калибрінде калибрлік теорияларды каноникалық кванттау қарапайым Хилберт кеңістігімен жүзеге асырылуы мүмкін, және бұл оларды аксиомалық жүйеліліктің қолданылу аясына енгізудің жолы болуы мүмкін.) Уайтман аксиомаларын Borchers алгебрасындағы Уайтман функционалы деп аталатын күй тұрғысынан қайта формулиреуге болады, ол сынақ функциялары кеңістігінің тензорлық алгебрасына тең.

Аксиомаларды қанағаттандыратын теориялардың болуы

Уайтман аксиомаларын 4-тен басқа өлшемдерге жалпылауға болады. 2 және 3 өлшемде аксиомаларды қанағаттандыратын өзара әрекеттесетін (яғни, еркін емес) теориялар құрылды. Қазіргі уақытта 4 өлшемдегі өзара әрекеттесетін теориялар үшін Уайтман аксиомаларын қанағаттандыруға болатындығын дәлелдейтін ешқандай дәлел жоқ. Атап айтқанда, бөлшектер физикасының Стандартты моделі математикалық тұрғыдан қатаң негіздемеге ие емес. Уайтман аксиомаларының массалық алшақтық талабымен өлшегіш теориялар үшін қанағаттандырылатынын дәлелдегені үшін миллион долларлық сыйлық қарастырылған.

Остервальдер-Шредер қайта құру теоремасы

Белгілі бір техникалық шарттар бойынша, еуропалық Кванттық Дала Теориясы (QFT) Вик айналымы арқылы Вайтман Кванттық Дала Теориясына (QFT) көшіріледі, қараңыз Остервальдер-Шредер теоремасы. Бұл теорема Вайтман аксиомаларын қанағаттандыратын 2 және 3 өлшемдегі өзара әрекеттесетін теорияларды құру үшін маңызды құрал болып табылады.