Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Штейнман, О. Метод возмущений в аксиоматической теории поля

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
4.46 Mб
Скачать

6 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

 

а (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:

 

 

 

 

 

 

 

 

(х, у) +

(У,

х) =

0;

 

(4.64)

в) вещественна^

относительно

преобразований

г)

/ а

инвариантна

группы

$p+t;

 

 

 

 

 

 

д)

фурье-образ /~ (р,

q)

= 64 + 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):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(р, Я) =

б4 + 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

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> =

*' | 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)=

( - ■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)

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ