книги из ГПНТБ / Штейнман, О. Метод возмущений в аксиоматической теории поля
.pdf6 0 |
Глава 4 |
Функция ри обладает теми же свойствами, что и функция р, причем две ее существенные окрестности зависят от х. Функция
£ix (х, |
X) =* ри (х, X) h |
(х, |
X) |
(4.54) |
принадлежит классу |
С°°. Функция |
и |
ее |
производные |
при х >- оо сходятся равномерно соответственно к функции £г и ее производным на всех замкнутых множествах, не пересекающих критического многообразия х = xt = . . .
. . . = хп. Более тщательный анализ показывает, что для функции ср (х, X) 6 <sPq последовательность функций
принадлежит пространству dfo и сходится при х ->-оо
к функции £;ф в топологии пространства of1*. Поэтому определение (4.51) можно записать как
( r o I ф ) — 2 П т ( Л о I £гх [ ф — 2 фт>7 1) Ч " 2 г о ф о *
г х«-оо |
D |
D |
Но £гиф £ ofN и |
£&N, так что |
при конечных х два |
члена в квадратной скобке дают вклады, каждый из кото рых существует по отдельности:
<Ла|ф)= П т {2< М С < *Ф > -
х -*о о г
—2 Фо 12 0 ю 11ыУ°) — Го])-
Определяя |
|
D . |
i |
|
|
|
|
|
R™= .2 (Ьо1ы\У°)-Го |
||
и вспоминая, |
что |
|
|
Фл= Пф (S) |6j=0 = ( - |
1)' ■D1j dZcp (3) D I I 64 (Ь ), |
||
|
|
|
i |
получаем наш окончательный |
результат: |
||
|
|
п |
|
Го(Х, |
Х)=Нш { 2 £ix(*. X ) I ia(x, X) — |
||
|
х-+оо |
г = 1 |
|
|
- |
2 |
R™D fj 6‘ (*-*«)}. |
(4.55)
(4.56)
(4.57)
(4.58)
|D|s£JV t=i
Уравнение га (х, у, Х) — га (у, х, X ) — / g ( x , у , X) |
61 |
В р-пространстве он записывается в виде |
|
|
|||
'o l(р, |
Р) = Пш!(2я)п+1^ ( р , Р)*/,0(р, Р ) - |
|
|
||
|
И-*оо |
|
|
|
|
|
- 6 4(р + |
2 |
р * ) Ю М Р ) } , |
(4.59) |
|
|
|
|
D |
|
|
где |
|
|
|
|
|
L ( p , |
Р) = (2л)“5(п+1>/2 j dxdX |
х |
|
|
|
|
X exp {; ( рх + |
|
P j X j ) } £,х (х, |
X) |
(4.60) |
и |
|
|
|
|
|
S-D (Р) = Ы ~ 5№+" 12(■- 1Г |
'о exp ( - i V Д&) |s, |
- 0 (4-61) |
|||
Здесь |
oPD— форма степени |
| D |. Символ * |
обозначает |
свертку:
А ( Р ) * В (Р) = I dQA (Р — Q) В (Q).
Не вдаваясь в детали, подчеркнем лишь, что постоянные Rax тесно связаны с константами вычитания (перенормировочными константами) канонического формализма. Неопре
деленность в части Fu констант R„K 1см. (4.49)] соответ ствует произволу в выборе этих констант вычитания. Под робное исследование этой связи пока не проведено.
Наконец, следует сделать замечание о специальном слу чае двухточечной функции. При ее рассмотрении мы долж ны учесть дополнительное условие (2.58), которое до сих
пор не обсуждалось. Функция r0 (р, q), определяемая фор мулой (3.3), удовлетворяет условию (2.58), так что в стар
ших порядках |
о > |
1 оно принимает вид |
|
|
'га (Р. Ф = |
64 (Р + |
Ф iff — w 2)2 Fо (Ф, |
(4.62) |
|
где функция Р„ аналогична |
при q2 < 4m2. Чтобы |
учесть |
||
это новое условие, изменим теорему 4.2 для случая |
п = 0 |
|||
следующим образом. |
|
|
||
Теорема 4.3. |
|
|
|
|
Чтобы |
уравнение |
|
|
|
гя (*, |
у) — га (у , х) = 1а (х, у) |
(4.63) |
62 |
Глава 4 |
имело решение, |
удовлетворяющее условиям А и Б |
теоремы 2.1 и условию (4.62), необходимо и достаточ но, чтобы /„ (х , у) была обобщенной функцией уме
ренного |
роста со следующими свойствами: |
|
|||||||
а) |
supp I а (х, у) с= {(* — у)2 < |
0}; |
|
|
|||||
б) /„ |
антисимметрична: |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1а (х, у) + |
1а (У, |
х) = |
0; |
|
(4.64) |
|
в) Iа вещественна^ |
относительно |
преобразований |
|||||||
г) |
/ а |
инвариантна |
|||||||
группы |
$p+t; |
|
|
|
|
|
|
||
д) |
фурье-образ /~ (р, |
q) |
= 64 (р + q) I а {q) при |
||||||
q2< |
4m2 обращается в нуль. |
|
|
|
|
||||
Условия |
«а» — «г» те же, что |
и в теореме 4.2, |
откуда |
||||||
следует |
их |
необходимость. |
Используем |
условия |
(2.27) |
||||
и (2.53): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~о (р, Я) = |
б4 (Р + q) Fa (q), |
r~ (q, |
р) = |
|
|
|
|||
|
|
|
|
= |
6*(р + q)7a (—q). |
(4.65) |
Те же рассуждения, которые были использованы для функ ции г после формулы (2.56), могут быть применены и к г„. Из них следует, что r„(q) = ra (—q) при q2< 4m2. Это доказывает необходимость условия «д».
Доказательство достаточности вновь сводится к по строению явного решения. Из доказательства теоремы 4.2 мы знаем, что выражение (4.59) в частном случае п — 1 представляет собой решение уравнения (4.63), удовлетво ряющее всем требованиям, за исключением, возможно, условия (4.62). Пусть
Fa (р, q) = б1 {р + q)~r'a (q)
есть решение вида (4.59). Поскольку носитель функции
г'а (х, у) лежит в области |
(х — у) в V+, функция |
(q) |
|
аналитична в |
(Img) 6 V-, |
а функция г'а (—q) аналитична |
|
в (Im q) 6 V+. |
Условия «д» и (4.63) дают |
|
г'а (я) = Fa (—q) для q2< 4m2,
Уравнение га {х, у, X) — ra (y, х, Х) = 10 (х, у, X) |
6 3 |
так что, согласно теореме «об острие клина», функция r„ (q) аналитична для вещественных q при q2< 4m2. В силу своей лоренц-инвариантности аналитическая функция г'а зависит только от q2, так что ее можно разложить в окрестности q2 — т2 в ряд:
г'а (q) = А + |
В (q2 — т2) + {q2 — т2)2 Fa (q2). |
(4.66) |
Однако полином |
А + В (q2 — т2) есть решение |
однород |
ного уравнения |
h ( q ) - h ( - q ) = О, |
|
|
|
обладающее всеми необходимыми дополнительными свой ствами. Поэтому функция
(q) = (q2 — т2)2 Fa (q) |
(4.67) |
представляет собой искомое решение га уравнения (4.63), удовлетворяющее условию (4.62).
Г л а в а |
5 |
ПОВЕДЕНИЕ НА МАЛЫХ РАССТОЯНИЯХ
Вернемся к вопросу о произволе в решении уравне ния (3.9) для функции га. При обсуждении теоремы 4.1 мы говорили, что выбор функции г, фиксирует взаимодей ствие. Это утверждение пока не представляется слишком содержательным, поскольку неопределенности вида (4.3) возникают в любом порядке а. Чтобы избавиться от них хотя бы отчасти, следует наложить на функцию га допол нительное условие. В качестве такового мы рассмотрим естественное предположение о поведении га на малых рас стояниях х).
Прежде чем сформулировать это условие, сделаем корот кое математическое отступление. Рассмотрим пространство РР (ult . . ., ut) основных функций умеренного роста I переменных. Линейное отображение
<р (1/)->- Фх (U) = ср (KU), |
0 < Х < с х з , |
(5.1) |
|
РР на РР непрерывно в топологии |
РР. Определим |
дуальное |
|
отображение Т (U)-+ Т к (U), |
Т 6 |
РР' (U), так, что |
|
<7\ |<р> = |
*' (Т | Ф*,). |
(5.2) |
Это отображение РР' на РР' также линейно и непрерывно. Семейство обобщенных функций 7 \, порожденное Т £ РР', непрерывно зависит от К в пределах О < К< оо.
Формулу (5.2) можно представить в удобной интеграль ной записи:
J dUTx (U) ср (U) = Xl j dUT{U)yx{U)
(5.3)
*) Вместо этого можно было бы ввести ограничения на пове
дение фурье-образа га при высоких энергиях. Мы отдаем предпоч тение условию в дг-пространстве, поскольку проведенное в гл. 4 построение было осуществлено в х-пространстве.
Поведение на малых расстояниях |
6 5 |
где мы произвели замену переменных kui — Vi. Символи чески можно записать
Tx (ui, |
= |
•••’ Т ') • |
(5-4) |
Очевидно, что предел к-*- °о для Т должен в какой-то мере характеризовать поведение Т при малых ut. Для фурье-об- разов формула (5.4) принимает вид
Т %{wi, . . ., wi) = klT (kwu . . ., Xwi). |
(5.5) |
Эта формула, по-видимому, показывает, что предел к -* <х>
для Т к определяется поведением фурье-образа Т при боль ших значениях его аргументов. Заметим, что подобное «оче видное» заключение может оказаться обманчивым: поведе
ние фурье-образа |
T — D6l(W) при |
X-»- сю очень сильно |
зависит от порядка |
производной D, несмотря на то, что |
|
все фурье-образы Т при больших |
обращаются в нуль. |
|
Докажем следующую лемму. |
|
Лемма 5.1.
Для любой обобщенной функции Т (ии . . ., Ы()
существует |
вещественная |
константа |
d > — с», та |
|
кая, |
что |
|
|
|
|
|
П тХ р7 \ = 0 |
(5.6) |
|
|
|
\-*оо |
|
|
для |
р С d, |
но не для р > |
d. Предел в формуле (5.6) |
следует понимать в смысле сходимости в У . Значе ние d = -f оо допустимо.
Доказательство. Очевидно, что формула (5.6) имеет место для р, если она имеет место для Р' > р. Таким обра зом, условие (5\6) определяет сечение вещественных чисел. Согласно теореме Шварца ([19], стр. 239), обобщенную функцию Т можно рассматривать как производную конеч ного порядка от непрерывной функции, медленно убываю щей на бесконечности. Иными словами, существуют про изводная D по U конечного порядка | D |, неотрицательное целое число N и положительная постоянная С, такие, что
Т (U) = Df (U), |
(5.7) |
5 - 0 7 9
6 6 t лава $
где f — непрерывная функция, удовлетворяющая условию
|
|
|
\f(U ) |
|< С [ 1 + | U | |
]. |
|
(5.8) |
||||
Отсюда |
для |
функций |
ф в |
|
имеем |
|
|
|
|||
( Т Iф)= |
( - 1у ■011j du |
1+|[/(у+щ-11+ |
1U \N + |
l + l 1 Оф(U), |
|||||||
где |
|
|
1< Л Ф > К 1|ф |к N+1+I’Ji |
|
(5-9) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J = \ d U [ \ + \ U \ N+l+l] - i\f(U )\< o 0 |
|
|||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I M U * = |
|
S u p |[ l + |i / |MJD? |. |
|
(5.10) |
|||||
Для функции фх имеем |
|
|
|
|
|
|
|||||
|| Фх || D . M |
= Sup | [1 |
+ |
| и |
п |
Dtp (XU) | < |
|
|
||||
< |
Sup | Оф ( Щ | + |
Sup |
| \U | м Dtp (XU) |
| < |
|
||||||
< A. l° l |
Sup |
\D<?(U)\+ |
X \ d \- m sup || |
U \MDq>(U)\, (5.11) |
|||||||
откуда следует, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
\< П | Ф>| = |
А '| |
(71| фь> |
| ^ |
JXl (A.I°1 |
|| ф || Oi0 + |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
Wd I-m N || d. m >, |
(5.12) |
||
т. е. А.Р (7 \ |
| ф)-*- 0 |
для |
р < |
— I — |
| D |. |
Этот |
предел |
достигается равномерно на ограниченных множествах из <^, причем ограниченное множество определяется требованием, чтобы все || ф ||о ,м были ограничены некоторыми заданны ми конечными значениями ([19], стр. 235). Это доказывает
лемму и показывает, что |
— / — |D |
| > — оо. |
Значение d, определяемое леммой 5.1, |
назовем масштаб |
ной степенью *), или короче s-степенью обобщенной функ ции Т. Сокращенно мы будем обозначать ее SD(T),
*) Мы предпочитаем это название термину «размерность», который приобрел популярность для обозначения данной величины в другом контексте. Мы считаем, что за термином «размерность» следует сохранить его освещенный временем смысл, фиксирующий положение функции Т в специальной системе единиц.
Поведение на малых расстояниях |
67 |
Примеры.
1. Форма
T ( U ) = 2 Ca.UaJ
степени А имеет s-степень А. Этот результат не меняется при умножении Т на логарифмический множитель (In | ut \ или аналогичный), т. е. при таком определении s-степени логарифмические сингулярности оцениваются так же, как и ограниченные функции. Это оказывается существенным
вприложениях, использующих теорию возмущений.
2.Производная
D IJ б (и,) i—1
от б-функции D порядка | D | имеет s-степень —/ — | D |. 3. Всякая обобщенная функция, носитель которой не содержит начало координат, имеет s-степень, равную сю. 4. Пусть Т„ Т2 £ <?' имеют s-степени d( и d2. Если d, < •< d2, то s-степень d функции 7\ + Т2 есть d — dt. Если же
d{ == d2, то d ^ |
d,, поскольку члены с максимальной s-сте |
пенью в Ti и |
Т2 могут сократиться. |
Теперь мы можем сформулировать обещанное выше дополнительное условие на функцию га. Потребуем, чтобы решение га уравнения (3.9) для о ^ 2 всегда выбиралось максимальной возможной s-степени. С точки зрения при веденных выше примеров это означает, что мы требуем столь гладкого поведения решения на малых расстояниях, сколь это только возможно. Такое условие выглядит есте ственным и часто используется в аналогичной форме и вне теории возмущений х).
Простейшее применение этого принципа в нашем кон тексте таково: если функция / 0 (дг,, . . ., хп) = 0 (и это справедливо для любого фиксированного порядка о для всех п, исключая конечное их число), то в качестве решения следует выбрать га = 0. Какова максимальная возможная
г) См., например, определение «индекса роста» в работе [38*] или требование «минимальной сингулярности» Файнберга [40*].—
П р и м , пер е в .
5*
68 |
|
Глава 5 |
|
|
|
s-степень в том случае, |
когда 10 ф 0, |
мы можем вывести |
|||
из расширенного варианта теоремы 4.2. |
|
||||
Теорема 5.2. |
у, |
хь . . ., |
хп) |
имеет |
s-степень d |
Пусть I а (х, |
|||||
и удовлетворяет |
условиям |
«а» — «д» теоремы 4.2. |
|||
Тогда существует решение га уравнения |
(3.9), имею |
щее s-степень d и удовлетворяющее условиям А и Б теоремы 2.1. Решений га с s-степенью больше d не су ществует.
Вторая часть теоремы 5.2 очевидна ввиду четвертого из приведенных выше примеров. Из условия SD (га) > d
следует, что |
SD (/<,) > d, а это находится |
в противоречии |
с исходным |
предположением теоремы. |
с s-степенью d |
Доказательство существования решения |
несколько более сложно. Мы воспользуемся здесь понятия ми и обозначениями гл. 4.
Следует заметить, что если s-степень обобщенной функ |
|
ции /„(*, |
хи . •. ., хп) равна d, то s-степень той же функции |
/ а ( |4, . . |
., |„), выраженной через разности переменных |
| г = х — х(, также равна d. Это следует из свойства (5.4).
|
Пусть ф (3) 6 |
Тогда фх (3) |
£ |
и <г0 |
| Фх> задает |
||||
ся формулой (4.22): |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
<Л»|фО=2(Ла|&фО- |
|
|
(5ЛЗ) |
||||
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
Но |
функция £; |
масштабно инвариантна, так |
что |
&фх= |
|||||
= |
(£гф)х! и в |
силу |
принятого |
предположения |
относи |
||||
тельно SD (/0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ +4п(го |фх> = Е ^ +4” а гО|(Сгф Ы -> 0 |
при |
X-voo, |
p < d . |
||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
(5.14) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим |
теперь случай |
ф б # ^ ; |
это |
означает, что |
||||
и фх€<^- Очевидно, |
что |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
(фх)в— ^ Д'фо |
|
|
|
(5.15) |
||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Yx —^ |
у |
|
|
|
|
(5.16) |
Поведение на малых расстояниях |
69 |
в окрестности точки |* = 0, так что величины ^.-|DIYx(“ ) должны обладать такими же общими свойствами, что
и сами yD. Согласно результатам гл. 4, можно написать
</о|фь> = 2 (£|/|о|фх — |
D |
(5-17) |
i |
D |
Первый член здесь имеет форму (5.13); поэтому он обладает должным асимптотическим поведением при X -> оо. Второй член также имеет правильные свойства всюду, где он опре делен единственным образом: на С [уС_1/*Ы он обращается
в нуль, а на Ffiy функция г„ совпадает с I а. В обоих этих случаях s-степень больше или равна d. Теперь следует показать, что неопределенные члены в функции га всегда можно выбрать так, чтобы г„ в целом имела s-степень d. Это означает, что должно существовать такое решение r ot что
Игл Я,р+4п(г01Y^) = О ПРИ P < d . |
(5.18) |
К“-*-оо |
|
Пусть г'а — решение, построенное так, как это делалось в гл. 4, но не обязательно имеющее желаемую s-стенень.
На пространстве |
имеем га |
|
г'а. |
|
|
|
|||||
Выберем две константы т', т", удовлетворяющие усло |
|||||||||||
вию 0 < |
х < т" < |
оо. Функции т_ 1D1Yx — У° . где поря |
|||||||||
док D фиксирован, а т изменяется на отрезке [т'( т*1, обра |
|||||||||||
зуют |
ограниченное множество |
в |
пространстве <5^. Для |
||||||||
Р < |
d можно найти такую константу ср > 0, |
что |
|
||||||||
^ +4n|( r a h HD1Y u - Y x > |< rP |
при |
1 < Х < о о . |
(5.19) |
||||||||
Определим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Ях= |
Ь_ |с |<Го|т°> |
|
(5.20) |
||||
так, |
что формула |
(5.19) |
принимает |
вид |
|
|
|||||
|
|
|Я тл-Д х|< С |А -& ', |
P' = |
p + 4 n + |D |. |
(5.21) |
||||||
Выберем константы т', т" так, чтобы они удовлетворяли |
|||||||||||
условию |
1 < |
%' < |
т '2 < |
т" < |
оо, |
и |
положительную кон |
||||
станту |
р > |
1 такой, чтобы было |
1 — 1/р ^ |
т '_Р'. |
Дока |
||||||
жем, |
что существует вещественная константа а, для которой |
||||||||||
|
|
|
|
| Я* - |
а | < |
|
срр ^ |
' |
|
(5.22) |