簡介
編輯在規范理論的物理學中,規范固定(也稱為選擇規范)表示處理場變量中冗余自由度的數學過程。
根據定義,規范理論將系統的每個物理上不同的配置表示為詳細的局部場配置的等價類。
同一等價類中的任何兩個詳細配置通過規范變換相關,相當于配置空間中沿非物理軸的剪切。
規范理論的大多數定量物理預測只能在抑制或忽略這些非物理自由度的連貫處方下獲得。
盡管詳細配置空間中的非物理軸是物理模型的基本屬性,但沒有一組特殊的方向垂直于它們。因此,通過特定的詳細配置(或什至是它們的加權分布)來獲取表示每個物理配置的橫截面涉及巨大的自由度。 明智的規范固定可以極大地簡化計算,但隨著物理模型變得更加逼真,計算也會變得越來越困難; 它在量子場論中的應用充滿了與重整化相關的復雜性,尤其是當計算繼續進行到更高階時。
從歷史上看,尋找邏輯上一致且計算上易于處理的規范固定程序,并努力在面對各種令人眼花繚亂的技術難題時證明它們的等價性,從 19 世紀末到現在一直是數學物理學的主要驅動力。
衡量自由度
編輯原型規范理論是根據電磁四勢的連續介質電動力學的 Heaviside-Gibbs 公式,此處以空間/時間不對稱的 Heaviside 符號表示。 麥克斯韋方程的電場 E 和磁場 B 僅包含物理自由度,因為電磁場配置中的每個數學自由度對附近測試電荷的運動都有單獨可測量的影響。 這些場強變量可以用電勢標量 φ {\displaystyle \varphi } 和磁矢勢 A 表示,關系式為:E = ? ? φ ? ? A ? t , B = ? × A 。 {\displaystyle {\mathbf {E} }=-\nabla \varphi -{\frac {\partial {\mathbf {A} }}{\partial t}}\,, quad {\mathbf {B} }=\nabla \times {\mathbf {A} }.}
如果轉型
(1)
被制作,則 B 保持不變,因為(恒等式 ? × ? ψ = 0 {\displaystyle \nabla \times \nabla \psi =0} ) B = ? × ( A + ? ψ ) = ? × 一個。 {\displaystyle {\mathbf {B} }=\nabla \times ({\mathbf {A} }+\nabla \psi )=\nabla \times {\mathbf {A} }.}
然而,該變換根據 E = ? ? φ ? ? A ? t ? ? ? ψ ? t = ? ? ( φ + ? ψ ? t ) ? ? A ? t 改變 E。 {\displaystyle \mathbf {E} =-\nabla \varphi -{\frac {\partial {\mathbf {A} }}{\partial t}}-\nabla {\ frac {\partial {\psi }}{\partial t}}=-\nabla \left(\varphi +{\frac {\partial {\psi }}{\partial t }}\right)-{\frac {\partial {\mathbf {A}}}{\partial t}}.}
如果另一個改變
(2)
則 E 也保持不變。 因此,如果采用任何函數 ψ(r, t) 并通過變換 (1) 和 (2) 同時變換 A 和 φ,則 E 和 B 字段不變。
標量勢和矢量勢的一個特定選擇是規范(更準確地說,規范勢),用于改變規范的標量函數 ψ 稱為規范函數。任意數量的規范函數 ψ(r, t) 的存在對應于該理論的 U(1) 規范自由度。規范固定可以通過多種方式完成,我們在下面展示了其中的一些。
雖然經典電磁學現在經常被稱為規范理論,但它最初并不是用這些術語來構想的。 經典點電荷的運動僅受該點的電場強度和磁場強度的影響,并且勢能可以被視為純粹的數學設備以簡化一些證明和計算。直到量子場論的出現,才可以說勢本身是系統物理配置的一部分。最早被準確預測和實驗驗證的結果是 Aharonov-Bohm 效應,它沒有經典的對應物。 盡管如此,規范自由在這些理論中仍然是正確的。例如,Aharonov–Bohm 效應取決于 A 圍繞閉環的線積分,并且該積分不會因 A → A + ? ψ 而改變。
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