A gravitáció és a kvantummechanika: Új megoldások a régi problémákra
Egy évszázaddal ezelőtt a fizika megtapasztalt egy gyors egymásutániságot az áttörések terén, amely forradalmasította a világegyetem megértését. Azonban az utóbbi időkben úgy tűnik, hogy ez a tudományág elérte a csúcsot. Azok a alapvető kérdések, amelyek egy évszázada zavarták a tudósokat, ma is rejtélyt jelentenek számunkra. Különösen a sötét anyag misztériumai, a kvantummechanika valódi jelentése és a gravitáció és a kvantumfizika nehezen megmagyarázható összhangja maradt megoldatlan.
Nemrégiben Jonathan Oppenheim munkája adott némi reményt, aki a kvantumelmélet professzora a Londoni Egyetemen. Oppenheim egyéni szemszöge felkeltette a figyelmemet, mivel mindketten fekete lyukak tanulmányozásával és a velük kapcsolatos információs paradoxon vizsgálatával foglalkoztunk. Bár eltértünk a probléma gyökereinek okát illetően, Oppenheim javaslata, hogy az elsősorban a gravitációban hibáztassuk, lenyűgöző lehetőséget kínál.
Oppenheim egy egyszerű, de radikális ötletet javasol: vegyük figyelembe a kvantummechanika hozzá egyedi kiszámíthatatlanságát hasonlóan a gravitációba. A többi alapvető erő, mint az elektromágnesesség, a tömeges és gyenge nukleáris erők, amelyeket a kvantumfolyamatok írnak le, a gravitáció maradt egy klasszikus elméletként, ahogy Einstein általános relativitása leírja. Az determinizmusnak megfelelően működik, ahol a jövőbeli események következhetnek a múltbeli eseményekből. Ezzel szemben a kvantummechanika elfogadja a véletlenszerűséget és a vele járó bizonytalanságokat.
Einstein, a determinizmus elkötelezett támogatója, úgy vélte, hogy a kvantummechanika véletlensége alapvető hiányosságokat jelent a elméletben. Reményei azon voltak, hogy talál egy olyan klasszikus elméletet, amely teljes mértékben képes magyarázni a világmindenség működését. Bár az általános relativitás elmélete a kísérletek során sikeres, nem képes megmagyarázni bizonyos természetbeli helyzeteket, ahol kvantum tulajdonságok vannak jelen.
Például tekintsük az ismert kettős résnyi kísérletet elektronokkal. Ezek a részecskék hullám-részecske kettősséggel bírnak, ami azt jelenti, hogy egyszerre áthaladhatnak mindkét résen. Azonban ha az elektronok rendelkeznek tömeggel, ami gravitációs vonzást generál, hogyan fejezi ki az általános relativitás elmélete az elektronok egyszerre jelenlétét két helyen? Az elmélet nem tud erre választ adni.
Hasonló nehézségek merülnek fel a fekete lyukak és a Nagy Bumm vizsgálatakor is. Einstein matematikája egyszerűen nem tud kezelni ezeket az extrém eseteket. A fizikusok régóta keresnek egy olyan elméletet, amely összeegyeztetheti a kvantummechanikát a gravitációval, és amit „kvantumgravitáció” nak hívnak.
Bár a 1930-as években megkíséreltek egy kvantum gravitációs elméletet megfogalmazni, ezek a törekvések végül kudarcba fulladtak. Richard Feynman és Bryce DeWitt, többek között, megvizsgálták a gravitáció kvantumosításának lehetséges módjait a meglévő matematikai keretek segítségével. Sajnos a kapott elmélet, ami perturbatívan kvantumosított gravitációnak neveznek, elégtelennek bizonyult, amikor extrém helyzetekre is kiterjesztették.
Az Oppenheim által javasolt randomság bevezetése a gravitációba új kutatási lehetőségeket nyit meg. A kvantummechanika kiszámíthatatlan jellegének elfogadása és összeolvasztása a gravitációval végre megoldást találhat a tudósokat már évszázadok óta foglalkoztató problémákra. Bár az előttünk álló út nehéz lehet, Oppenheim munkája inspirációként szolgálhat, hogy megfejthessük a világegyetem rejtélyeit, és új megértést nyerjünk a fizikáról.
GYIK Szekció:
1. Mi a legfontosabb megoldatlan rejtély a fizikában?
A fizikában a legfontosabb megoldatlan rejtélyek közé tartozik a sötét anyag jellege, a kvantummechanika valódi jelentése és a gravitáció összeegyeztetése a kvantumfizikával.
2. Ki az a Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim a Londoni Egyetem kvantumelméleti professora. Hozzájárult a fekete lyukak és a velük kapcsolatos információs paradoxon tanulmányozásához.
3. Mi Oppenheim javaslata a fizika rejtélyeinek megoldására?
Oppenheim javasolja a véletlenséget a gravitációban, hasonlóan a kvantummechanika belső kiszámíthatatlanságához. Ez potenciálisan összeegyeztetheti a kvantummechanikát a gravitációval és megoldást nyújthat a régóta megoldatlan fizikai problémákra.
4. Mi a különbség a kvantummechanika és az általános relativitás között?
A kvantummechanika egy olyan elmélet, amely a részecskék viselkedését mikroszkopikus szinten írja le, és elfogadja a hullám-részecske kettősség, a szuperpozíció és a bizonytalanság elveit. Az általános relativitáselmélet viszont Einstein gravitációs elmélete, amely a gravitációs erőt a tömeg és az energia által létrehozott téridő görbületének leírásával magyarázza.
5. Miért nem képes az általános relativitás elmélete bizonyos helyzetekre választ adni?
Az általános relativitás elmélete nem tud megfelelően válaszolni bizonyos helyzetekre, például olyan részecskék viselkedésére, amelyeknél egyszerre jellemző a hullám- és részecske-jelleg (hullám-részecske kettősség) és extrém helyzetekre, mint például a fekete lyukak. Az elmélet nem megfelelő ahhoz, hogy beépítse a kvantum tulajdonságokat.
Kulcsszavak:
1. Sötét anyag: Egy feltételezett anyagforma, amely jelentős részét képezi az univerzumban található összes tömegnek, de nem sugároz, nem absorbeál, és nem kölcsönhatásba lép a fény vagy elektromágneses sugárzással.
2. Kvantummechanika: A fizika egy ága, amely az atomok és a részecskék viselkedésével foglalkozik, és magában foglalja a hullám-részecske kettősség, a szuperpozíció és a bizonytalanság elveit.
3. Általános relativitás: Einstein gravitációs elmélete, amely leírja a gravitációs erőt a tömeg és energia által létrehozott tér-idő görbületével.
4. Determinizmus: A filozófiai fogalom, amely szerint minden esemény, beleértve a jövőbeli eseményeket is, előre meghatározott a korábbi események és a természeti törvények által.
Kapcsolódó linkek:
Physics World
Nature – Physics
The source of the article is from the blog radiohotmusic.it