ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ДЛИНА

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ДЛИНА

       

(элементарная длина), гипотетич. универсальная постоянная размерности длины, определяющая пределы применимости фундам. физ. представлений — теории относительности, квант. теории, принципа причинности. Через Ф. д. l выражаются масштабы областей пространства-времени и энергии-импульса (размеры х ћc/l), в к-рых можно ожидать новых явлений, не укладывающихся в рамки существующей физ. картины. Если бы это ожидание оправдалось, то предстояло бы ещё одно радик. преобразование физики, сопоставимое по своим последствиям с созданием теории относительности или квант. теории. Соответственно Ф. д. вошла бы как существ. элемент в теорию элем. ч-ц, играя роль третьей (после с и ft) фундам. размерной константы физики, ограничивающей пределы применимости совр. представлений.

С помощью известных характерных физ. параметров можно построить ряд величин размерности длины, к-рые в разное время обсуждались как претенденты на роль Ф. д. Это — комптоновская длина волны эл-на ?е=10-11 см (эл.-магн. вз-ствие), p-мезона (?p=10-13 см) и нуклона (?N=10-14 см, сильное вз-ствие), характерная длина слабого вз-ствия

?(GF/ћc)=10-16 см (GF — фермиевская константа слабого вз-ствия), гравитац. длина (т. н. планковская длина)

?(Gћ//c3)=10-33 см (G — гравитац. постоянная). Отождествление Ф. д. с одной из перечисл. величин сыграло бы огромную роль для физики элем. ч-ц, указав, с каким типом вз-ствия будет связано появление новых физ. представлений. К 1983 экспериментально установлено, что верхняя граница Ф. д. составляет ок. 10-16 см; имеются аргументы в пользу ещё меньшего значения l (=10-20 см). Поэтому величины, связанные с эл.-магн., сильным и, скорее всего, слабым вз-ствиями уже не могут претендовать на роль Ф. д. Весьма вероятно, что Ф. д. физики окажется гравитационная длина.

Эксперим. метод определения Ф. д. основан на сравнении с опытом результатов расчёта разл. физ. эффектов, выполненного в соответствии с существующей теорией. Такое сравнение (во всех случаях, когда оно могло быть проведено) до сих пор не показало к.-л. расхождений. Поэтому эксперимент даёт пока лишь верхнюю границу Ф. д. Для этой цели используются прежде всего опыты при высоких энергиях, выполняемые на ускорителях и характеризующиеся относительно невысокой точностью. К ним относятся опыты по проверке дисперсионных соотношений для рассеяния p-мезонов на нуклонах и т. п., а также нек-рых предсказаний квант. электродинамики (рождение пар, рассеяние эл-нов на эл-нах и т. д.). К др. типу относятся прецизионные статич. эксперименты: измерения аном. магн. момента эл-на и мюона, лэмбовского сдвига уровней и т. д. Обсуждались предложения по использованию информации, идущей от косм. объектов,— косм. лучей сверхвысоких энергий (=1019 эВ), пульсаров, квазаров, чёрных дыр.

Существует ряд моделей теории, содержащей Ф. д. (варианты нелокальной квант. теории поля, теории квантованного пространства-времени и др.). Нек-рые из них используются при планировании и обработке результатов экспериментов по определению Ф. д.

Острота проблемы Ф. д. существенно уменьшилась в связи с успехами квантовой теории поля (объединённой теории слабого и эл.-магнитного вз-ствий, квантовой хромодинамики, «великого объединения»), основывающейся на обычных фундам. представлениях физики.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ДЛИНА

(элементарная длина) - гипотетич. универсальная постоянная размерности длины, определяющая пределы применимости фундам. физ. представлений-теории относительности, квантовой теории, принципа причинности. Через Ф. <д. l выражаются масштабы областей пространства-времени и энергии-импульса (линейных размеров х<l, интервалов времени t<l/c, энергии , в к-рых можно ожидать новых явлений, не укладывающихся в рамки существующей физ. картины. Если бы это ожидание оправдалось, то предстояло бы ещё одно революционное преобразование физики, сопоставимое по своим последствиям с созданием теории относительности или квантовой теории. Соответственно Ф. <д. вошла бы как существ. элемент в теорию элементарных частиц, играя роль третьей (после с и 2p/h) фундам. размерной константы физики, ограничивающей пределы применимости старых представлений.

С помощью известных характерных физ. параметров можно построить ряд величин размерности длины, к-рые в разное время обсуждались как претенденты на роль Ф. д. Это - комптоновская длина волны электрона см (эл.-магн. взаимодействие), пиона см и нуклона см (сильное взаимодействие), характерная длина слабого взаимодействия см (G_F - фер-миевская константа слабого взаимодействия), гравитационная, или планковская длина(G - гравитац. постоянная). Отождествление Ф. <д. с одной из перечисленных величин сыграло бы огромную роль для физики элементарных частиц, указав, с каким типом взаимодействия будет связано появление новых физ. представлений. Экспериментально установлено, что верх. граница Ф. <д. составляет ок. 10^-17 см; имеются аргументы в пользу ещё меньшего значения (l<10^-20 см). Поэтому величины, связанные с эл.-магн., сильным и, скорее всего, слабым взаимодействиями, уже не могут претендовать на роль Ф. <д. Весьма вероятно, что Ф. <д. окажется гравитац. длина.

Эксперим. метод определения Ф. <д. основан на сравнении с опытом результатов расчёта разл. физ. эффектов, выполненного в соответствии с существующей теорией. Такое сравнение (во всех случаях, когда оно могло быть проведено) до сих пор не показало к.-л. расхождений. Поэтому эксперимент даёт пока лишь верх. границу Ф. д. Для этой цели используются прежде всего опыты при высоких энергиях, выполняемые на ускорителях и характеризующиеся относительно невысокой точностью. К ним относятся опыты по проверке нек-рых предсказаний квантовой электродинамики (рождение и аннигиляция пар, рассеяние электронов на электронах и т. д.), а также дисперсионных соотношений для рассеяния пионов на нуклонах. К др. типу принадлежат прецизионные статич. эксперименты: измерения аномального магн. момента электрона и мюона, лэмбовского сдвига уровней энергии и т. д. Обсуждались предложения по использованию информации, идущей от космич. объектов,- космич. лучей сверхвысоких энергий (~10¹⁹ эВ), пульсаров, квазаров, чёрных дыр.

Существует ряд моделей теории, содержащей Ф. <д. (варианты нелокальной квантовой теории поля, теорий квантованного пространства-времени и др.). Нек-рые из них применяются при планировании и обработке результатов экспериментов по определению Ф. д.

Острота проблемы Ф. д. существенно ослабела в связи с успехами квантовой теории поля (теории электрослабого взаимодействия, квантовой хромодинамики, великого объединения), основывающейся на обычных фундам. представлениях физики. Вместе с тем, согласно совр. представлениям, на расстояниях порядка гравитац. длины происходит радикальное (хотя и не революционное) изменение физ. картины мира: начинают проявляться дополнит. измерения пространства-времени, квантовые флуктуации метрики и др. В таком ограниченном смысле эту длину уже сегодня отождествляют с Ф. д.

Лит.: Тамм И. Е., Собр. науч. трудов, г. 2, М., 1975; Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; его же, О природе материи, М., 1976; Сахаров А. Д., Существует ли элементарная длина?, "Физика в школе", 1968, № 2, с. 6; Блохинцев Д. И., Пространство и время в микромире, 2 изд., М., 1982; Киржниц Д. А., Проблема фундаментальной длины, "Природа", 1973, № 1, с. 38; его же, Элементарная длина, там же, 1991, № 10, с. 8.

Д. А. Киржниц.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.