Фундаментальная длина

Определение "Фундаментальная длина" в Большой Советской Энциклопедии

Фундаментальная длина, элементарная длина, гипотетическая универсальная постоянная размерности длины, определяющая пределы применимости фундаментальных физических представлений — теории относительности, квантовой теории, физического принципа причинности. Через Фундаментальная длина l выражаются масштабы областей пространства-времени и энергии-импульса (размеры x < l, интервалы времени t < l/c, энергии Е > (, где с — скорость света,  — постоянная Планка), в которых можно ожидать новых явлений, выходящих за рамки существующих представлений. Если это ожидание оправдается, в пользу чего свидетельствуют трудности и непоследовательности современной теории, то предстоит ещё одно радикальное преобразование физики, сопоставимое по своим последствиям с созданием теории относительности или квантовой теории. Соответственно, Фундаментальная длина войдёт как существенный элемент в будущую последовательную теорию элементарных частиц, играя роль третьей (помимо c и ) фундаментальной размерной константы физики, ограничивающей пределы применимости старых представлений.

Как претенденты на роль Фундаментальная длина в разное время обсуждались: комптоновская длина волны электрона l_e » 10^-11 см (электромагнитное взаимодействие), пимезона — l_p » 10^-13 см и нуклона — l_N » 10^-14 см (сильное взаимодействие), характерная длина слабого взаимодействия — примерно 10^-16 см и гравитационная длина (т. н. планковская длина) — порядка 10^-33 см. Сам факт отождествления Фундаментальная длина с одной из перечисленных величин имел бы огромное значение, указав, с каким типом взаимодействия будет связано появление новых физических представлений. К 1977 экспериментально установлено, что Фундаментальная длина не превышает 10^-15 см; имеются также аргументы (основанные на измерениях с помощью Мёссбауэра эффекта) в пользу ещё меньшей верхней границы Фундаментальная длина — порядка 10^-20 см. Поэтому величины, связанные с электромагнитным, сильным и, возможно, слабым взаимодействиями уже не могут претендовать на роль ф. д. Весьма вероятно, что истинной Фундаментальная длина физики окажется гравитационная длина (в пользу этого говорит, например, универсальность тяготения, которому, в отличие от других взаимодействий, подвержены все без исключения структурные единицы материи). В этом случае теорию элементарных частиц следует строить на основе общей теории относительности.

Экспериментальный путь определения Фундаментальная длина — сравнение с опытом результатов расчёта различных физических эффектов, выполненного в соответствии с существующей теорией. Такое сравнение (во всех случаях, когда оно могло быть проведено) до сих пор не показало каких-либо расхождений. Поэтому эксперимент даёт пока лишь верхнюю границу Фундаментальная длина Для этой цели используются прежде всего опыты при высоких энергиях, выполняемые на ускорителях заряженных частиц и характеризующиеся относительно невысокой точностью. К ним относятся опыты по проверке дисперсионных соотношений (см. Сильные взаимодействия) для рассеяния пи-мезонов на нуклонах и т.п., электродинамики (рождение пар, рассеяние электронов на электронах и др.). К другому типу относятся прецизионные статические эксперименты: измерения аномального магнитного момента электрона и мюона, лэмбовского сдвига уровней и т.д.; определённые сведения о Фундаментальная длина даёт, как упоминалось, эффект Мёссбауэра. Обсуждаются предложения по использованию информации, идущей от космических объектов — космических лучей сверхвысоких энергий (> 10¹⁹ эв), пульсаров, квазаров, «чёрных дыр»; если Фундаментальная длина существует, то излучение некоторых из этих объектов обладало бы необычными, с точки зрения современных представлений, свойствами.

Ведётся разработка моделей теории, содержащей Фундаментальная длина К их числу относятся варианты нелокальной квантовой теории поля, теория квантованного пространства-времени и др. Такие теоретические схемы, помимо их самостоятельной ценности, используются при планировании и обработке результатов экспериментов по определению Фундаментальная длина См. также Микропричинности условие, Нелокальная квантовая теория поля, Причинности принцип, Квантование пространства-времени и лит. при этих статьях.

Лит.: Тамм И. Е., Собр. научных трудов, т. 2, М., 1975; Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; его же, О модели и протяженной частицы в общей теории относительности, в сборнике: Нелокальные и нелинейные и ненормируемые теории поля. Материалы 2 совещания по нелокальным теориям поля, Дубна, 1970; Киржниц Д. А., Проблема фундаментальной длины, «Природа», 1973, № 1; его же, The quest for а fundamental length, «Soviet Science Review», Sept. 1971, с. 297.
  Д. А. Киржниц.