211service.com
Nowa teoria kwantowa oddziela masę grawitacyjną i bezwładną
Zasada równoważności jest jedną z bardziej fascynujących idei współczesnej nauki. Twierdzi, że masa grawitacyjna i masa bezwładna są identyczne. Einstein ujął to w ten sposób: siła grawitacyjna, której doświadczamy na Ziemi, jest identyczna z siłą, jakiej doświadczylibyśmy, gdybyśmy siedzieli w statku kosmicznym przyspieszającym z prędkością 1 g. Newton mógł powiedzieć, że mw F=ma jest takie samo jak ms w F=Gm1m2/r^2.
Wydaje się to niezwykle rozsądne. A jednak to tylko stwierdzenie. Jasne, możemy mierzyć równoważność z coraz większą dokładnością, ale nic nie stoi na przeszkodzie, abyśmy myśleli, że w pewnym momencie związek się rozpadnie. W rzeczywistości kilka modyfikacji teorii względności przewiduje, że tak się stanie.
Jednym z ważnych pytań jest to, co mechanika kwantowa ma do powiedzenia w tej sprawie. Ale jak dotąd fizycy nie byli w stanie wykorzystać teorii kwantowej jako dźwigni do oddzielenia zachowania masy bezwładnej i grawitacyjnej.
Wszystko to zmienia się dzisiaj dzięki niezwykłej pracy Endre Kajari z Uniwersytetu Ulm w Niemczech i kilku kumpli. Pokazują, jak w świecie kwantowym można tworzyć sytuacje, w których skutki masy bezwładności i masy grawitacyjnej muszą być różne. W rzeczywistości pokazują, że różnice te mogą być dowolnie duże.
Ich myślenie zaczyna się od wskazania ważnego rozróżnienia między kinematyka, która dotyczy wyłącznie ruchu, a nie sposób, w jaki powstaje, a dynamiką, która skupia się na pochodzeniu ruchu. W świecie klasycznym nie ma to wpływu na oddziaływanie masy bezwładnościowej i grawitacyjnej.
Jednak w świecie kwantowym sposób przygotowania stanów ma ogromne znaczenie. Wskazują na przykład, że funkcja falowa cząstki w pudełku w ogóle nie zależy od masy, podczas gdy funkcja falowa oscylatora harmonicznego zależy od pierwiastka kwadratowego masy.
Prowadzi to do ciekawego pomysłu: możliwe jest tworzenie kombinacji skrzynek grawitacyjnych i elektromagnetycznych oraz oscylatorów, w których masa bezwładna i grawitacyjna odgrywają różne role.
Okazuje się, że fizycy już bawią się właśnie taką konfiguracją: tak zwaną trampoliną atomową, w której fala materii pada pod wpływem grawitacji, ale jest odbijana przez siłę elektromagnetyczną. Obliczają, że wartości własne energii atomu są proporcjonalne do (masy grawitacyjnej)^2/3 ale do (masy bezwładności)^-1/3.
To niesamowity wynik. Rodzaj spektroskopii energetycznej atomów lub kondensatów Bosego Einsteina, który może wykryć tę różnicę, powinien być możliwy do osiągnięcia, jeśli nie teraz, to bardzo szybko w ciągu najbliższych kilku lat.
Jeśli się powiedzie, tego rodzaju badania zapewnią zupełnie nowy sposób badania natury masy i, co być może ważniejsze, badania zagadkowego związku między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową.
Na przykład kosmolodzy będą chcieli wiedzieć, jak zachowuje się masa bezwładna i grawitacyjna w najbardziej ekstremalnych warunkach we Wszechświecie, takich jak wnętrze czarnych dziur.
To obiecuje ekscytujące kilka lat do przodu.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1006.1988 : Masa bezwładnościowa i grawitacyjna w mechanice kwantowej