量子电动力学中的重整化

当物理学家最初把量子电动力学推过它最简单的预言时，灾难降临了。那些本应是微小修正的项，算出来却是无穷大。对电子能量或电荷的一次天真计算，给出的答案是'无穷大'，这显然是胡说。有一阵子，整套理论看上去像是垮掉了。大约在 1947 到 1949 年间找到的解药，叫做重整化，它拯救了量子电动力学。

关键的洞见在于：出现在原始方程里的那些量——电子的'裸'质量和裸电荷——并不是我们真正测量到的东西。我们测到的，是早已裹在那团无可摆脱的虚光子和虚粒子对之云里的电子。重整化小心地把那些麻烦的无穷大吸收进对这些裸量的重新定义，用有限的、测得的质量和电荷把它们替换掉。一旦你用真正观测到的量、而不是无法观测的裸值来表达预言，每一个无穷大都会抵消，剩下的就是有限而合理的答案。

这并非骗术，而是对理论的一次深刻重组，而且效果惊人——重整化后的量子电动力学给出了电子 g-2 那十二位数字的吻合。同样的步骤后来被证明也适用于弱相互作用和强相互作用，使可重整性成为标准模型中'什么才算一个合理的基本理论'的指导性要求。通过重整化群和有效场论，现代的理解是：那些无穷大反映了我们对那些遥不可及的短距离上物理的无知，而重整化正是一种有纪律的方法，让我们无论如何仍能做出可靠的预言。