фундаментальная длина

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^-17см; имеются аргументы в пользу ещё меньшего значения (l<10^-20см). 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.

   <<      Предметный указатель      >>