1940 년대에, 선구자 물리학 자들은 다음 현실의 층을 우연히 발견했습니다. 입자가 나왔고, 바다처럼 공간을 채우는 광대하고 기복이 많은 개체가 들어갔다. 필드의 한 잔물결은 전자, 다른 하나는 광자이며, 그들 사이의 상호 작용은 모든 전자기 사건을 설명하는 것처럼 보였다.
.한 가지 문제가있었습니다. 이론은 희망과기도와 함께 붙어있었습니다. 무한한 양을 신중하게 숨기는 "재정 화"라는 기술을 사용 하여만 연구원들은 가짜 예측을 회피 할 수있었습니다. 이 과정은 효과가 있었지만 이론을 발전시키는 사람들조차도 고문을받은 수학적 속임수에 놓여있는 카드의 집이라고 의심했습니다.
Richard Feynman은 나중에 썼다. "그러한 hocus-pocus에 의지해야한다는 것은 양자 전기 역학 이론이 수학적으로 일관성이 있음을 증명하지 못하게했습니다."
정당화는 수십 년 후 겉보기에 관련이없는 물리학 지점에서 나왔습니다. 자화를 연구하는 연구자들은 재정이 무한에 관한 것이 아니라는 것을 발견했습니다. 대신, 그것은 오늘날 많은 물리학의 구석을 안내하는 독립적 인 크기의 왕국으로 우주의 분리와 이야기를 나 spoke습니다.
재 정규화는 캠브리지 대학교의 이론가 인 데이비드 통 (David Tong)은“지난 50 년 동안 이론 물리학에서 가장 중요한 단일 발전”이라고 썼다.
.두 혐의에 대한 이야기
일부 측정에 따르면, 현장 이론은 모든 과학에서 가장 성공적인 이론입니다. 입자 물리학의 표준 모델의 기둥을 형성하는 양자 전기 역학 이론 (QED)은 실험 결과와 일치하는 이론적 예측을 10 억의 한 부분의 정확도와 일치 시켰습니다.
그러나 1930 년대와 1940 년대에 이론의 미래는 보장되지 않았습니다. 분야의 복잡한 행동을 근사화하면 종종 일부 이론가들이 현장 이론이 막 다른 골목이라고 생각하게하는 무의미하고 무한한 답변을 주었다.
Feynman과 다른 사람들은 입자를 중앙 단계로 되돌릴 수있는 완전히 새로운 관점을 찾았지만 대신 해킹으로 돌아 왔습니다. QED의 방정식은 존경받을만한 예측을 만들었으며, 재 정규화의 절차가 패치된다면
운동은 이런 식으로갑니다. QED 계산이 무한 합으로 이어지면 짧게 자릅니다. 합계 앞에 계수 (고정 숫자)로 무한하게되기를 원하는 부분. 해당 계수를 실험실의 유한 측정으로 교체하십시오. 마지막으로, 새로 길들여진 합계가 무한대로 돌아 가게하십시오.
어떤 사람들에게는 처방전이 쉘 게임처럼 느껴졌습니다. 획기적인 양자 이론가 인 Paul Dirac은“이것은 합리적인 수학이 아닙니다.
물리학 자들이 전자의 전하를 어떻게 다루는 지에 대한 문제의 핵심과 최종 해결책의 씨앗을 볼 수 있습니다.
위의 체계에서 전하는 수학 셔플 링 중에 무한대를 삼키는 값 인 계수에서 비롯됩니다. QED는 재 정규화의 물리적 의미를 당황하게하는 이론가들에게 전자가 두 가지 전하를 가졌다는 것을 암시했다. 아마도 전자의 핵심은 무한한 전하를 보였을 것입니다. 그러나 실제로, 양자 필드 효과 (양의 입자의 가상 구름으로 시각화 할 수 있음)는 전자를 망쳐 놓고 실험가가 적당한 순 전하 만 측정했습니다.
두 명의 물리학자인 Murray Gell-Mann과 Francis Low는 1954 년 에이 아이디어를 살펴 보았습니다. 그들은 두 개의 전자 전하를 거리에 따라 다양한 "유효한"전하와 연결했습니다. 더 가까이 얻을수록 (그리고 전자의 양의 망토를 더 많이 침투할수록) 더 많은 충전이 보입니다.
그들의 작업은 스케일의 아이디어와 재 정규화를 연결 한 최초의 작업이었습니다. 양자 물리학 자들이 잘못된 질문에 대한 올바른 답변에 부딪쳤다 고 암시했다. 무한한 사람들에 대해 걱정하는 대신, 작은 것과 거대한 연결에 집중해야합니다.
.재 정규화는“현미경의 수학적 버전”이라고 덴마크 남부의 물리학자인 Astrid Eichhorn은 재정 정규화를 사용하여 양자 중력 이론을 찾는다. “반대로 미세한 시스템으로 시작하여 확대 할 수 있습니다. 현미경과 망원경의 조합입니다.”
자석은 하루를 절약합니다
두 번째 단서는 응축 된 물질의 세계에서 나왔는데, 이는 물리학 자들이 거친 마그넷 모델이 특정 변형의 세부 사항을 미세한 세부 사항을 못 박았는지에 대해 수수께끼를 썼습니다. Ising 모델은 각각의 원자 화살표 그리드 이상으로 구성되어 있으며 각각의 포인트 만 위 또는 아래로 만 포인트 할 수 있지만 실제 자석의 행동이 불가능한 완벽 함을 예측했습니다.
.저온에서 대부분의 원자는 정렬되어 재료를 자화합니다. 고온에서는 무질서가 커지고 격자가 자라집니다. 그러나 중요한 전환 지점에서 모든 크기의 정렬 된 원자 섬이 공존합니다. 결정적으로,이 "임계점"주변에서 특정 수량이 변하는 방식은 Ising 모델, 다양한 재료의 실제 자석 및 심지어 물이 증기와 구별 할 수없는 고압 전이와 같은 관련이없는 시스템에서도 동일하게 보였다. 이론가들이 보편적이라고 불리는이 현상의 발견은 코끼리와 egrets가 정확히 같은 최고 속도로 움직이는 것을 발견하는 것만 큼 기괴한 것이었다.
물리학자는 일반적으로 크기가 다른 대상을 동시에 다루지 않습니다. 그러나 임계점 주변의 보편적 행동으로 인해 한 번에 모든 길이의 척도를 고려해야했습니다.
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요약 된 물질 연구원 인 레오 카다프 (Leo Kadanoff)는 1966 년에 그렇게하는 방법을 알아 냈습니다. 그는“블록 스핀”기술을 개발하여 너무 복잡한 그리드를 깨뜨려 측면에 몇 개의 화살표가있는 겸손한 블록에 정전했습니다. 그는 화살표 그룹의 평균 방향을 계산하고 전체 블록을 그 값으로 대체했습니다. 프로세스를 반복하면서 그는 시스템의 전반적인 행동을 맥주하기 위해 격자의 훌륭한 세부 사항을 매끄럽게 만들었습니다.
마지막으로, 입자 물리학과 응축 물질의 세계에서 발을 가진 Gell-Mann의 전 대학원생 인 Ken Wilson은 Gell-Mann의 아이디어를 Kadanoff의 아이디어와 통합했습니다. 그가 1971 년에 처음 묘사 한 그의“정규화 그룹”은 QED의 고문 계산을 정당화하고 보편적 인 시스템의 규모를 오르는 사다리를 제공했다. 이 작품은 윌슨을 노벨상을 수상하고 물리학을 영원히 바꿨습니다.
옥스포드 대학교 (University of Oxford University of Oxford)의 복제 된 물질 이론가 인 폴 펜들리 (Paul Fendley)는 윌슨의 재 정상화 그룹을 개념화하는 가장 좋은 방법은 미세한 소량을 거시적과 연결하는“이론의 이론”이라고 말했다.
자기 그리드를 고려하십시오. 미세한 수준에서는 두 개의 인접한 화살표를 연결하는 방정식을 쉽게 작성하기가 쉽습니다. 그러나 그 간단한 공식을 취하고 그것을 수조의 입자에 외삽하는 것은 사실상 불가능합니다. 당신은 잘못된 규모로 생각하고 있습니다.
윌슨의 재 정규화 그룹은 빌딩 블록 이론에서 구조 이론으로의 전환을 설명합니다. 당신은 작은 조각의 이론으로 시작합니다. 당구 공의 원자를 말하십시오. Wilson의 수학적 크랭크를 돌리면 아마도 당구 공 분자 (아마도 당구 공 분자)의 그룹을 설명하는 관련 이론을 얻습니다. 크랭크를 계속하면서 당구 공 분자 클러스터, 당구 공의 부문 등이 점점 더 큰 그룹으로 확대됩니다. 결국 당구 공의 길과 같은 흥미로운 것을 계산할 수 있습니다.
이것은 재 정규화 그룹의 마법입니다. 측정에 유용한 대형 수량을 식별하는 데 도움이됩니다. 서퍼는 물 분자의 혼란이 아니라 파도 높이에 관심이 있습니다. 마찬가지로, 아 원자 물리학에서, 재 정규화는 물리학 자에게 내부 쿼크의 엉킴과는 달리 비교적 간단한 양성자를 다룰 수있을 때.
.윌슨의 재 정규화 그룹은 또한 Feynman과 그의 동시대 사람들의 고민들이 전자를 무한히 닫는 것에서 이해하려고 노력했다고 제안했다. 영국의 더럼 대학교 물리학의 철학자 인 제임스 프레이저 (James Fraser)는“우리는 [이론]이 임의로 작은 [거리] 척도에 유효 할 것으로 기대하지 않습니다. Fraser는“컷오프는 더 낮은 수준의 상황에 대한 우리의 무지를 흡수하고있다”고 말했다.
다시 말해, QED와 표준 모델은 단순히 전자의 전하가 0 나노 미터 떨어진 곳에서 무엇을 말할 수 없습니다. 그들은 물리학 자들이“효과적인”이론이라고 부르는 것입니다. 그들은 잘 정의 된 거리 범위에서 가장 잘 작동합니다. 입자가 더 코지어가 될 때 어떤 일이 일어나는지 정확히 알아 보는 것은 고 에너지 물리학의 주요 목표입니다.
큰에서 작은 것까지
오늘날 Feynman의 "Dippy Process"는 미적분학만큼 물리학에서 유비쿼터스가되었으며, 그 역학은 징계의 가장 큰 성공과 현재의 과제의 이유를 보여줍니다. 재 정규화 동안 복잡한 서브 미크 스코프 케이 퍼는 사라지는 경향이 있습니다. 그들은 실제 일지 모르지만 큰 그림에는 영향을 미치지 않습니다. 펜들리는“단순성은 미덕이다. “이것에는 신이 있습니다.”
그 수학적 사실은 본질적으로 독립적 인 세계로 분류하는 자연의 경향을 포착합니다. 엔지니어가 마천루를 설계하면 강철의 개별 분자를 무시합니다. 화학자들은 분자 결합을 분석하지만 쿼크와 글루온을 행복하게 무지하게 유지합니다. 재 정규화 그룹에 의해 정량화 된 길이별로 현상을 분리함으로써 과학자들은 모든 척도를 한 번에 크래킹하지 않고 수세기에 걸쳐 점차적으로 움직일 수있게 해주었다.
.그러나 동시에, 미세한 세부 사항에 대한 재 정규화의 적대감은 다음 영역의 징후에 대해 배가 고픈 현대 물리학 자들의 노력에 반대합니다. 비늘의 분리는 우리와 같은 호기심 많은 거인들로부터 더 훌륭한 포인트를 숨기려는 자연의 애정을 극복하기 위해 깊이 파고 들어야 할 것을 제안합니다.
.뉴저지 프린스턴의 고급 연구 연구소 (Institute for Advanced Study)의 이론 물리학자인 나단 세이 버그 (Nathan Seiberg)는“재 정규화는 문제를 단순화하는 데 도움이된다”고 말했다. 그러나“또한 짧은 거리에서 일어나는 일을 숨 깁니다. 두 가지 방법 모두 가질 수 없습니다.”
이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 wired.com 및 이탈리아어 Lescienze.it.
