211service.com
Grawitacja, obiekty kwantowe i naruszenia zasady równoważności
Jak obiekty kwantowe reagują na grawitację? Wydaje się to dość proste pytanie, a jednak takie, które pozostawia teoretyków drapiących się po głowach. I tak powinno. Z dotychczasowych analiz wynika, że obiekty kwantowe naruszają fundamentalną ideę, że grawitacja i masa bezwładna to to samo, ideę znaną jako zasada równoważności.
Oto sposób myślenia przedstawiony dzisiaj przez Timira Datta z University of South Carolina i kumpla Ming Yina: W drugiej dekadzie XX wieku grupa z Caltech zaczęła zastanawiać się nad bezwładnościowymi właściwościami elektronów w przewodnikach. Argumentowali, że tylny koniec przyspieszającego metalowego pręta byłby naładowany ujemnie, ponieważ elektrony pozostawałyby w tyle za siecią przewodzącą, gdy ta przyspieszała. Podobnie przypuszczali, że obwód wirującego dysku również będzie naładowany ujemnie przez elektrony wyrzucane na obrzeże.
Według tej analizy wpływ przyspieszenia liniowego lub promieniowego na płyn kwantowy jest taki sam, jak na płyn newtonowski, jak woda w wirującym wiadrze. Richard Tolman i inni twierdzili nawet, że zmierzyli to nagromadzenie ładunku.
Ale zgodnie z zasadą równoważności, jeśli przyspieszenie może mieć taki wpływ na elektrony, to samo pole grawitacyjne.
Tutaj sprawy stają się nieco bardziej złożone. Obliczenie równowagi, która pojawia się, gdy grawitacja działa na stały kryształ wypełniony przewodzącymi elektronami, nie jest łatwym zadaniem.
Okazuje się, że jeśli kryształ jest sztywny, to grawitacja ściąga elektrony w dół, tworząc niewielki nagromadzenie ładunku ujemnego na dnie kryształu i małe pole elektryczne skierowane w dół. Dokładnie tak, jak sugeruje zasada równoważności.
Jeśli kryształ jest odkształcalny, grawitacja ma jednak większy wpływ na sieć niż na elektrony. W tym przypadku grawitacja ściska sieć, tworząc dodatnią gęstość ładunku w kierunku dna przewodnika. Teraz pole elektryczne jest o kilka rzędów wielkości większe i skierowane w przeciwnym kierunku.
To niepokojący wynik, ponieważ oznacza, że powinno być możliwe odróżnienie przyspieszenia bezwładności od grawitacyjnego, mierząc kierunek narastającego pola elektrycznego. A zgodnie z ogólną teorią względności nie jest to możliwe. Z pewnością ogólna teoria względności, jeden z kamieni węgielnych współczesnej fizyki, nie może się mylić w tej kwestii. Więc co poszło nie tak?
Jedno oczywiste pytanie, na które nie ma odpowiedzi (przynajmniej Datta i Yin), dotyczy tego, dlaczego przyspieszenie bezwładności nie ściska sieci krystalicznej w taki sam sposób, jak pole grawitacyjne, tworząc ten sam rodzaj dodatniej gęstości ładunku.
Pomiary wykonane przez Tolmana i innych sugerują, że ten rodzaj kompresji nie występuje.
Chyba że pomiary są błędne. Czy to możliwe, że ta zagadka powstaje tylko z powodu kilku błędnych pomiarów?
Jeśli tak, być może nadszedł czas, aby ktoś spróbował ich ponownie.
Nr ref.: arxiv.org/abs/0908.3885 : Czy systemy kwantowe łamią zasadę równoważności?