可重整理论（Renormalization theory）是量子场论、场的统计力学和自相似几何结构中解决计算过程中出现无穷大的一系列方法。
在量子场论发展的早期，人们发现许多圈图（即微扰展开的高阶项）的计算结果含有发散（即无穷大）项。重整化是解决这个困难的一个方案。一个理论如果只有有限种发散项，则可以在拉氏量中引进有限数目的项来抵消这些无穷大项，这种情形被称为可重整。反之，如果理论中有无限种发散项，则称为不可重整。
可重整化曾被认为一个场论所必需满足的自洽性要求。它在量子电动力学和量子规範场论的发展过程中起过重要的作用。粒子物理的标準模型也是可重整的。
现代场论的观点认为所有理论都只是有效理论，它们都有它们的适用範围。除了所谓的终极理论，所有理论在原则上都是不可重整的。在这种观点下，可重整理论只是联繫不同能标下理论的一种方法。
基本介绍
- 中文名：可重整理论
- 外文名：Renormalization theory
- 领域：量子力学
简介
可重整理论（Renormalization theory）是量子场论、场的统计力学和自相似几何结构中解决计算过程中出现无穷大的一系列方法。
在量子场论发展的早期，人们发现许多圈图（即微扰展开的高阶项）的计算结果含有发散（即无穷大）项。重整化是解决这个困难的一个方案。一个理论如果只有有限种发散项，则可以在拉氏量中引进有限数目的项来抵消这些无穷大项，这种情形被称为可重整。反之，如果理论中有无限种发散项，则称为不可重整。
可重整化曾被认为一个场论所必需满足的自洽性要求。它在量子电动力学和量子规範场论的发展过程中起过重要的作用。粒子物理的标準模型也是可重整的。
现代场论的观点认为所有理论都只是有效理论，它们都有它们的适用範围。除了所谓的终极理论，所有理论在原则上都是不可重整的。在这种观点下，可重整理论只是联繫不同能标下理论的一种方法。
例如：
的后两项发散。
为了消除发散，把积分下限分别改为无穷小的
和
，这样积分就变成了
如果能保证
那幺就可以得到
有效理论
有效理论是指一个科学理论，它试着去描述一些现象，然而并未解释其理论中的解释现象机制是由何而来。 这意味着这个理论给出了“有效”的模型，但并未真正给出一个真正充分的理由去给出这个模型。
因此，我们可以说有效场论就是一种有效理论，它用于描述固态物理中的现象，例如：BCS理论。 有效场论会将固态晶格的振动视作一种场（这代表它不是一个“真正”的场），称为声子。 这类有效场论所描述的有效粒子一般称作準粒子。
某个层面来说，量子场论以及任何现行的物理理论都属由有效理论。它们都是目前仍未知的万有理论在“低能量极限”下的“有效”描述。
万有理论
万有理论（英语：Theory of Everything或ToE）指的是假定存在的一种具有总括性、一致性的物理理论框架，能够解释宇宙的所有物理奥秘。经过几个世纪奋勉不懈的努力，发展出两种理论框架：广义相对论与量子场论。它们的总合，可以说是最接近想像中的万有理论。广义相对论专注于研究引力来明白宇宙的大尺度与高质量现象，例如恆星、星系、星系团等等。量子场论专注于研究非引力来明白宇宙的小尺度与低质量现象，例如，亚原子粒子、原子、分子等等。量子场论成功地给出标準模型，并且能够按照大统一理论将弱力、强力与电磁力这三种非引力统合在一起。
经过多年的研究，这两种理论分别在适用範围内做出的预测几乎都已被实验肯定。根据物理学家的研究结果，广义相对论与量子场论互不相容，即对于某些状况，两者不可能同时是正确的。由于这两种理论的适用範围不同，对于大多数状况，只需用到其中一种理论。这两种理论的不相容之处在非常小尺度与高质量範围才成为显着的问题，例如，在黑洞内部、在宇宙大爆炸之后的极短时间。为了解释这冲突，透露更深层实在、将引力与其它三种作用力统合在一起的理论框架必需被找出，和谐地将广义相对论与量子场论整合在一起，原则而言，成为能够描述所有物理现象的单一理论。近期，在追逐这艰难目标的过程中，量子引力已成为积极研究领域。
万有理论用来指那些试图统合自然界四种基本相互作用：引力相互作用、强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用成为一体的理论，是在电磁作用和弱相互作用连成一体的电弱作用理论之后，再加入强相互作用连成一体的大统一理论基础之后，又加上引力作用连成一体的理论。目前被认为最有可能成功的万有理论是弦理论和圈量子引力论。
现代物理
常见理论系列
万有理论试图统合大自然的所有基本相互作用：引力、强作用力、弱作用力、电磁力。由于弱相互作用能够将基本粒子从某一种变换成另一种，万有理论应该也会对于各种可能粒子给出深奥的了解。以下给出通常假定的理论路径，每一次的统合步骤会导致更上一层楼级。
至今为止，已有几种大统一理论被提议来统合电磁力与核力。大统一意味着电核力的存在，猜想应会发生于大约10GeV，远超过任何地球粒子加速器所能达到的能量。虽然，最简单的大统一理论已被实验结果排除，它的整体概念，特别是当与超对称连结在一起时，仍旧是理论物理学术界的喜好。超对称大统一理论似乎很有道理，这不仅是因为它们在理论方面的美感，而且因为它们自然地製备出大量暗物质，还因为宇宙暴胀可能与大统一物理有关（虽然宇宙暴涨并不是大统一理论的必然结果）。但是，大统一理论明显地不是终极答案；当今标準模型与所有提议的大统一理论都是量子场论，需要使用可能隐藏瑕疵的重整化方法来获得有意义的答案。物理学者通常将这需求视为它们只是有效场论的标誌，它们遗漏了在非常高能量时才会出现的关键现象。
量子引力步骤涉及到解决量子力学与广义相对论之间的分歧。至今为止，尚未出现任何可以广被接受的量子引力理论，因此也尚未出现任何可以广被接受的万有理论。
万有理论也或许可以解释现代宇宙学提出的两种候选论题：宇宙暴胀与暗能量。但是，这些论题尚未能用实验严格证实。更加地，宇宙学实验建议暗物质存在，而且是由标準模型以外的基本粒子组成。
弦理论与M理论
弦理论或许有可能成为宇宙的最终理论。很多物理学者认为，在宇宙初始时期（大爆炸之后10-43秒内），四种基本力都曾属同一种基本力。与大多数其它理论不同，弦理论可能正在合併这四种基本力的过程。根据弦理论，宇宙的每一个粒子，在它的最微观层级（普朗克尺度），是由各种呈不同方式振动中的弦组成。弦理论声称，这些独特振动方式的弦形成了独特质量与力荷的粒子，例如，电子是以某种方式振动的弦，上夸克是以另一种方式振动的弦。
弦理论有一个很令人惊讶的性质，即它需要额外维来达成一致性。在这方面，弦理论可以被视为建构在对于卡鲁扎-克莱因理论的深刻了解之上。卡鲁扎-克莱因理论将广义相对论推广至五维宇宙（其中有一维很微小，并且蜷作一团）；从四维观点来看，就好像广义相对论与麦克斯韦的电动力学在一起。这使得统合规範与引力的相互作用的点子更具有信服力，也使得额外维的概念更具有信服力，但是它并没有对于详细实验要求做任何处理。弦理论还有一个重要性质，即它具有超对称性，这性质与额外维是解决标準模型的等级差问题的两个主要提议，等级差问题提出疑问，为什幺引力比其他种作用力更为微弱的很多？额外维解答涉及允许引力传播至其它维度，而又限制其他种作用力于四维时空；使用明确的弦机制，这点子已被实现。
弦理论的研究因在各种理论与实验方面获得的成果而得到很多鼓励。在实验方面，标準模型的粒子内涵，经过补充了中微子质量的理论，恰巧能够用SO(10)的旋量来表现，这是E8的子群，惯常地会出现于弦理论，例如杂交弦理论或（有时等价的）F-理论。弦理论可以解释为什幺费米子会有三世代，也可以解释几个夸克世代之间的混合率。在理论方面，弦理论已开始处理量子引力的某些关键问题，例如，解决黑洞信息佯谬、数算正确的黑洞熵。
1990年代后期，物理学者注意到，在这方面的努力有一个重大障碍，即有非常多可能的四维宇宙。额外维有很微小，并且蜷作一团，可以被紧緻化的方式有很多种（有一个估计得到10500种方式），每一种会对粒子或作用力给出不同的性质。这一系列模型知名为弦理论园景。
有些学者主张，这些理论可能方式都会被付诸实现于大量个宇宙，但是只有少数几个宇宙能够适合智慧生命，因此宇宙的基本常数其实应是人择原理的后果，而不是从理论推导出的数值。这种论述引起很多学者的批评；他们认为，弦理论无法给出有用的（原创的、可证伪的、可检证的）预测，应该被视为一种伪科学。但也有些学者对于这批评表示不认同。儘管如此，在理论物理学里，弦理论仍旧是非常热门的研究论题。
自从1990年代以来，很多物理学者主张，11维M理论就是万有理论。五种不同的超弦理论描述它的不同极限。最大超对称11维超引力描述它的另外极限。但是，对于这论点，并没有在学术界得到广泛共识。
圈量子引力论
圈量子引力论将广义相对论关于时空的概念引入量子场论，因此，它能够精緻地用数学表述出量子时空，并且对于实际物理问题，例如，黑洞热力学、大爆炸的奇点物理等等给出解答。
圈量子引力论预测，在普朗克尺度，空间呈颗粒结构。对于电磁场案例，代表电磁频率的算符具有离散线谱，因此每个频率的能量被量子化，其量子是光子。对于引力场案例，代表微观空间区域体积的算符具有离散线谱，因此每个微观空间区域的体积都被量子化，其量子是基本空间颗粒，称为“节点”。在空间颗粒与空间颗粒之间的隔离表面也具有量子性质，会被量子化成为“连结”。这些节点与连结形成了自旋网路。在普朗克尺度，由于空间的颗粒结构性质，量子场论的紫外线无穷大能量被截止，因此摆脱了在量子场论里时常会碰到的无穷大困扰。
按照圈量子引力论，时空是一系列随着时间流易而改变的空间，每一个节点形成一条“边线”，每个连结形成一个“界面”，这时空的历史可以用自旋网路来描述，称为自旋泡沫，是由很多边线与界面所组成。自旋泡沫表现出时空的历史。
有些学者声称，圈量子引力或许可以複製一些貌似标準模型的特性。至今为止，只有第一代费米子能够被建模，李·斯莫林研究团队用类似自旋泡沫的时空穗带为砌块组成先子来完成这模型。可是，它们并没有给出拉格朗日量来描述这些粒子的相互作用，也尚未证明出这些粒子是费米子，更还未实现标準模型的规範群或相互作用。这模型诠释电荷与色荷为拓扑量；电荷是单独线带所载有的扭曲的数量与手性，色荷是这种扭曲的变版。斯莫林的原创论文建议，更高代费米子可以被更複杂的穗带，但他们并没有给出明确建模方法。
近期发展
目前，尚未有任何包括标準模型与广义相对论的候选万有理论。例如，没有候选理论能够给出精细结构常数或电子质量。粒子物理学者期望，正在进行的实验，例如，探索新粒子与暗物质，所得到的结果能够对万有理论给出更多新点子。
相关条目
- 正规化
- 量子场论
