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物理学において、長さのスケールとは、せいぜい数桁の精度で決定される特定の長さまたは距離のことである。長さのスケールの概念が特に重要なのは、異なる長さのスケールの物理現象は互いに影響を及ぼすことができず[要出典] [要説明]、分離していると言われるためである。異なる長さのスケールの分離により、特定の問題に関連する長さのスケールのみを説明する自己矛盾のない理論が可能になる。 科学的還元主義によれば、最も短い長さのスケールの物理法則を使用して、より大きな長さのスケールでの有効な説明を導き出すことができる。異なる長さのスケールでの物理学の説明を互いに導き出すことができるという考えは、くりこみ群で定量化できる。
量子力学では、与えられた現象の長さのスケールは、そのド・ブロイ波長 ℓ = ħ / pと関連しています。ここで、ħは換算プランク定数、p は調査されている運動量です。相対論的力学では、時間と長さのスケールは光速によって関連しています。相対論的量子力学または相対論的量子場の理論では、長さのスケールは、プランク定数と光速を介して、運動量、時間、エネルギーのスケールと関連しています。高エネルギー物理学では、長さ、時間、エネルギー、運動量のスケールが同じ単位(通常は GeVなどのエネルギー単位)で記述される自然単位が使用されることがよくあります。
長さスケールは通常、次元解析で操作されるスケール(または少なくとも 1 つのスケール)です。たとえば、散乱理論では、計算する最も一般的な量は断面積で、これは長さの 2 乗の単位で、バーンで測定されます。特定のプロセスの断面積は通常、長さスケールの 2 乗です。
例
- 原子の長さスケールはℓ a ~10 −10 mであり、水素原子の大きさ(すなわちボーア半径、およそ午後5時30分 。
- 強い相互作用の長さスケール(または次元変換を通じてQCDから導かれるもの)は約ℓs ~10 −15 mであり、強く相互作用する粒子(陽子など)の「半径」はほぼ同程度です。この長さのスケールは、湯川ポテンシャルの範囲によって決まります。ロー中間子などの強く相互作用する粒子の寿命は、この長さのスケールを光速で割った値で与えられます。10 −23 s。強く相互作用する粒子の質量は、関連するエネルギースケールの数倍である(500 MeV/ c 2から3000MeV/ c2 )。
- 電弱長さスケールはより短く、およそℓ w ~10 −18 mであり、弱ベクトルボソンの静止質量によって設定され、これはおよそ100 GeV/ c 2。この長さスケールは、湯川力が弱いベクトルボソンによって媒介される距離になります。弱い長さスケールの大きさは、当初、中性子とミューオンの崩壊によって測定されたフェルミ定数によって推定されました。
- プランク長さ(プランクスケール)はさらに短く、ℓ P程度です。10 −35 mであり、ニュートンの万有引力定数から導かれます。
- メソスコピックスケールは、液体または固体の量子力学的挙動をマクロ的な概念で記述できる長さです。
