Шкала длины
 |
В физике масштабом длины называется определенная длина или расстояние, определяемое с точностью не более нескольких порядков . Понятие масштаба длины особенно важно, поскольку физические явления разных масштабов длины не могут влиять друг на друга. [ нужна ссылка ] [ нужны разъяснения ] и говорят, что они отделяются . Разделение различных масштабов длины позволяет создать самосогласованную теорию, которая описывает только соответствующие масштабы длины для данной проблемы. Научный редукционизм утверждает, что физические законы на самых коротких масштабах длины могут использоваться для получения эффективного описания на больших масштабах длины. Идея о том, что можно получить описания физики на разных масштабах друг от друга, может быть количественно оценена с помощью ренормгруппы .
В квантовой механике масштаб данного явления связан с его длиной волны де Бройля ℓ = ħ / p , где ħ — приведенная постоянная Планка , а p — исследуемый импульс. В релятивистской механике масштабы времени и длины связаны скоростью света . В релятивистской квантовой механике или релятивистской квантовой теории поля масштабы длины связаны с масштабами импульса, времени и энергии через постоянную Планка и скорость света. Часто в физике высоких энергий используются натуральные единицы , в которых масштабы длины, времени, энергии и импульса описываются в одних и тех же единицах (обычно в таких единицах энергии, как ГэВ ).
Шкалы длин обычно являются оперативной шкалой (или, по крайней мере, одной из шкал) в анализе размеров . Например, в теории рассеяния наиболее распространенной величиной для расчета является поперечное сечение , которое имеет квадраты единиц длины и измеряется в амбарах . Сечение данного процесса обычно представляет собой квадрат шкалы длин.
Примеры
[ редактировать ]- Масштаб атомной длины составляет ~ 10 ℓ . −10 м и определяется размером атома водорода ( т. е. радиусом Бора , примерно 53 пм ).
- Масштаб длин сильных взаимодействий (или тот, который получен из КХД посредством размерной трансмутации ) составляет около ℓ с ~ 10. −15 m , а «радиусы» сильно взаимодействующих частиц (таких как протон ) примерно сопоставимы. Этот масштаб длины определяется диапазоном потенциала Юкавы . Времена жизни сильно взаимодействующих частиц, таких как ро-мезон , выражаются в такой шкале длин, деленной на скорость света: 10 −23 с . Массы сильно взаимодействующих частиц в несколько раз превышают соответствующие энергетические масштабы ( 500 МэВ/ с). 2 до 3000 МэВ/ c 2 ).
- Шкала электрослабой длины короче, примерно ℓ w ~ 10. −18 m и определяется массой покоя слабых векторных бозонов , которая составляет примерно 100 ГэВ/ с. 2 . Этот масштаб длины будет расстоянием, на котором сила Юкавы передается слабыми векторными бозонами. Величина слабого масштаба длины первоначально была выведена на основе постоянной Ферми, измеренной путем распада нейтрона и мюона .
- Планковская длина (масштаб Планка) еще намного короче – около ℓ P ~ 10. −35 м и получена из гравитационной постоянной Ньютона .
- Мезоскопический масштаб — это длина, на которой квантово-механическое поведение в жидкостях или твердых телах может быть описано макроскопическими концепциями.