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在库仑定律中,我们知道,如果带电荷的粒子越小,那么这个能量就会越大。这是一个很难让人理解的事情。不过在经典物理中,这不是问题,因为我们不认为会存在很小的带电物体。当电子被发现后,这个问题就变得现实了。因为电子很小,而且到了今天,实验上发现电子依然可以看成是一个点粒子。电场能自然是无穷大的。
如果到了普朗克尺度,电子应该是有大小的,比如一个球。但是电子越小,的确这个静电能就会越大。因为电子带负电,而负电会彼此排斥。所以还有一个非常严重的问题,就是电子为什么会不爆炸?很难想象,电荷不是均匀分布在这个球上的。如果像弦论认为的那样,是一个弦,我们能想象这是胡说八道,因为弦的中间部分,尺度也是0。所以如果和弦很像,也应该是一个像虫子的东西。我其实不太理解,为什么有人会相信弦。如果否定了点,那也不能是弦啊。本质上并没有什么区别。
所以无穷大是有起源的。但是,如果在尺度越小的时候,这个电荷越来越小,那么就是让人高兴的事情。我们知道,这个事情发生在了量子色动力学的身上。
量子电动力学没有出现这样的事情,反而正相反,随着尺度越来越小,电子的质量变得越来越大,重要的是电荷也越来越大。也就是说,电子自身的能量真的是变得越来越大了,无穷大比以前变得更大了。
所以,这个事情让当时的研究者难以容忍,比如朗道,就认为量子场论是彻底不正确的。
所以,究竟发生了什么,是一个不可思议的事情。
那么为什么电子之间的相互作用越来越小了呢?这个很简单,因为电子的质量增加的更厉害。所以电子更加不愿意动了,这就导致彼此之间的作用力看起来更小了。
但是谁能相信,这个世界上的电子是质量无穷大,电荷无穷大的怪物呢?
这就是重整化带来的结果。研究者认为量子场论是一个低能的有效理论就在于此,这不是一个真正正确的理论,在更小的尺度上会有新的理论。但是如果这个尺度太小,那么依然难以理解。我也相信,到了普朗克尺度的时候一定会有新物理。但是这太小了。
量子场论的重整化,似乎无法推广到普朗克尺度那么小的尺度上,而是不太小的尺度上,就应该有新物理。但是至今,实验上什么都没有发现,超出标准模型的理论预言一个都没有被证实,而且现在看起来好像都不对。
这个意思就是说,量子电动力学中的重整化过程,缺少实际实验的支持,不是说这个重整化是不正确的,而是它带来的问题似乎更严重。当然我们探测到的尺度还是不够小,现在是10的-19次方米,可能还看不出来什么。
重整化可以被解释成为实验测量的结果。如果仅仅是一个数学的技巧,是不会有人相信的。重整化的物理意义在于,当我们测量电子的质量和电荷的时候,的确会随着尺度的减少,或者能量的增加,而增加。所以重整化是极其重要的。
这是真实的。
圈图的计算,如果没有这个重整化,那么就一定是无穷大。当能量增加的时候,电子的质量会增加,电荷会增加,导致电子之间彼此的相互作用会减小。所以能量越高,作用越小,这就导致圈图是收敛的。
所以,这个重整化的过程是真实的过程,但是是测量后的真实的过程。
当下,我们关于量子场论的理解就到了这个地方。这个方法被应用到了各个方面,量子场论作为一个技术,也被应用到了各个领域。
但是,究竟能不能让人满意,就在于每个人自己的看法了。
原来圈图中的无穷大并没有消失,而是转移到了电子的质量和电荷上。如果没有新物理,到了非常小的距离,这个电子就会变得更加奇怪。这是研究者热衷于新物理的根本原因。没有人喜欢这么一个奇怪的电子。
如果真的是到了普朗克尺度的时候才有新物理,那么这个电子会变成什么样子是难以想象的。
但是真实的情况,我们都知道,仅仅是一个非常小的弱的过程。为什么要这么麻烦呢?虚粒子产生的影响非常小。难道这么一个过程,真的要考虑极其小的尺度么?在这一瞬间,各个尺度的物理发生了这么复杂的过程么?
当前关于量子场论中的理解,基本上就是到这了。不管是计算的结果,还是逻辑上,其实都是没有问题的。只是还是让人不满意,就是这个无穷大其实一直都存在。当然我们可以寄希望于新物理,但是当下的实验告诉我们,似乎不存在。
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