Масштаб расстояний — принятая в определённой физической теории характерная длина или расстояние, определённое с точностью до порядка величины. Важность концепции масштаба расстояний определяется тем, что нефундаментальные физические явления разных масштабов расстояний не могут влиять друг на друга.[1][2] Раздельное рассмотрение различных масштабов расстояний позволяет получить для каждого масштаба расстояний самосогласованную физическую теорию, которая описывает только физические явления для данного масштаба расстояний.[1] Редукционизм утверждает, что физические законы в масштабах малых расстояний могут быть использованы для получения эффективного описания в масштабах больших расстояний. Идея о том, что можно вывести описания законов физики в разных масштабах расстояний друг из друга, может быть количественно выражена с помощью ренормализационной группы.
В квантовой электродинамике масштаб расстояний рассматриваемого явления связан с его длиной волны де Бройля где — приведённая постоянная Планка и — это исследуемый импульс. В релятивистской механике масштабы времени и расстояния связаны скоростью света. В релятивистской квантовой механике или релятивистской квантовой теории поля масштабы расстояний связаны с масштабами импульса, времени и энергии через постоянную Планка и скорость света. Часто в физике элементарных частиц естественные системы единиц используются там, где масштабы длины, времени, энергии и импульса описываются в одних и тех же единицах (обычно с единицами энергии, такими как ГэВ).
Масштаб расстояний обычно является инструментальным масштабом (или, по крайней мере, одним из масштабов) в анализе размерности. Например, в теории рассеяния наиболее распространённая величина для расчёта представляет собой эффективное сечение рассеяния, которая имеет размерность длины в квадрате и измеряется в барн. Поперечное сечение данного процесса обычно равно квадрату масштаба расстояний.
Примеры
- Масштаб атомных расстояний составляет метров[3] и определяется размером атома водорода ("т.е.", Боровским радиусом, который задается комптоновской длиной волны электрона умноженной на постоянную тонкой структуры: .
- Масштаб расстояний для сильного взаимодействия (примерно метров или в естественных единицах 1000 МэВ или 1 ГэВ) и "размеры" сильно взаимодействующих частиц (таких как протон) примерно сопоставимы. Этот масштаб расстояний определяется потенциалом Юкавы. Времена жизни сильно взаимодействующих частиц, таких как ро-мезон, задаются по этой шкале длин, делённой на скорость света: секунды. Массы сильно взаимодействующих частиц в несколько раз превышают соответствующий энергетический масштаб (от 500 МэВ до 3000 МэВ).
- Масштаб расстояний электрослабого взаимодействия меньше, примерно метров и задаётся массой покоя электрослабых векторных бозонов, которая составляет примерно 100 ГэВ. Величина масштаба расстояний слабого взаимодействия была первоначально получена на основе оценки постоянной Ферми из экспериментальных данных по распадам нейтронов и мюонов.
- Планковская длина (масштаб Планка) ещё намного короче - примерно метров (ГэВ в естественных единицах) и выводится из Ньютоновской гравитационной постоянной.
- Мезоскопический масштаб - это длина, на которой квантово-механическое поведение в жидкостях или твёрдом теле может быть описано макроскопическими концепциями.
См. также
Примечания
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.