A mérés hogyan változtatja meg a vizsgált rendszer állapotát?
Galilei számára, amikor távcsövével az éjszakai eget kémlelte, természetesnek tűnt, hogy evvel nem változtatja meg az égitestek mozgását. (Itt hagy hívjam fel a figyelmet Kolozsi Ákosnak az Index tudomány rovatában megjelent mértékadó cikkére: Akár az egyháznak is igaza lehetett 400 éve Galileivel szemben). .Ezért amikor kifejtette nézetét a fizikai törvények objektivitásáról nem kellett arra gondolnia, hogy befolyásolja-e a megfigyelés a megfigyelt rendszer állapotát. Felfogása szerint léteznek törvények, amelyek matematikai formába önthetők és ez feltárható és ellenőrizhető reprodukálható kísérletek által. A modern fizika, amikor a mikrovilág titkait kutatja alapvetően más helyzetben van, mert megváltoznak a nagyságrendek. A csillagászatban a parányi ember figyeli az óriások birodalmát, a mikrofizikában pedig a megfigyelő ember az óriás a megfigyelt mikroszkopikus objektumokhoz képest. Megváltozott a megfigyelés, a kísérletek jellege is, nem csupán felnagyítjuk a képet a szemünk számára közvetlenül már nem látható objektumokról mikroszkóppal, vagy hatalmas távcsövekkel, hanem egyre nagyobb elektromos és mágneses terekkel változtatjuk meg az elemi részecskék mozgását a gyorsítókban, nagyenergiájú sugárzással, vagy elemi részecskék bombázásával tárjuk fel az anyag szerkezetét. Tehát a megfigyelés már nem passzív tevékenység, hanem aktív beavatkozás a megfigyelt objektum állapotába. Közkeletű felfogás szerint az „ellenőrizhetetlen beavatkozás” vezet arra, hogy bizonyos tulajdonságok – például a pozíció és az impulzus – nem is mérhető meg egyidejűleg tetszőleges pontossággal, amelynek határát a kvantummechanika bizonytalansági elv szabja meg.
Hol a határ a megfigyelő és a megfigyelt objektum között?
Honnan származik a mikrovilágot uraló valószínűség, tényleg határozatlanok az elemi folyamatok, vagy csupán a róluk szerzett információnk bizonytalan? A kérdés kiindulópontja a határ megválasztása a megfigyelést végző ember és a megfigyelt világ között, vajon műszereink a megfigyelt világhoz tartoznak, vagy csupán kiterjesztett szemünk, érzékelési eszközünk, amivel megsokszorozzuk képességünket, hogy megismerjük a világot? És mi a szerepe a külvilágról szerzett információ hordozóinak, alapvetően a fénynek, a fény elemi részecskéinek, a fotonoknak? A világot a kölcsönhatásokon keresztül ismerjük meg, mégis a tudomány olyan törvényeket alkot, amiből kizárja a megfigyelőt, azaz „objektívnak” tekinti a törvényeket, amely független attól, hogy ki a megfigyelő. és attól sem függ, hogy milyen eszközökkel, műszerekkel jutottunk el az információhoz.
A kérdező és a megkérdezett viszonya
Nem csak a fizikában merül fel a kérdés, hogy maga a kölcsönhatás, a „kérdezés” megváltoztatja-e azt az állapotot, amit meg akar ismerni. Ha a közvélemény kutató megkérdez valakit bármiről a válaszoló önkéntelenül meg akar felelni bizonyos normáknak, mert nem akar „rossz színben feltűnni”. Jellemző erre a „győzteshez való igazodás”. Egy politikai választás után mindig többen mondják, hogy a győztesre szavaztak, mint ahányan ténylegesen az adott pártot támogatták. Hasonló helyzetben van a kutató is, ha valamilyen elméletet igazolni, vagy cáfolni akar. Ha a mérés ellenkezik a várakozásával, akkor gondosan ellenőrzi, hogy nem követett el valamilyen hibát a kísérlet során. Ha viszont a mérés megfelel a várakozásnak, akkor a kutató kevésbé lesz kritikus az eredménnyel. Ez időnként vezethet hibás megállapításokhoz, elméletekhez is, de nem akadályozza meg a helyes törvények megállapítását, mert más kutatók később korrigálhatják a tévedést. A valóban lényeges kérdés ezért nem a kutató szubjektív viszonya az elért eredményekhez, hanem az, hogy a kölcsönhatás által megváltoztatott rendszer mennyiben tekinthető azonosnak a kölcsönhatás előtti állapotával.
Változás nélkül nincs megfigyelés
Ha egy mikro rendszerben, például egy atomban, vagy molekulában, az elektronok energiáját akarjuk megállapítani, akkor meg kell változtatni az elektron állapotát valamilyen frekvenciájú fénnyel besugározva, vagy észlelnünk kell azokat a fotonokat, amit az elektron kibocsát, miközben ugrást végez két állapot között. Ha nem következik be valamilyen változás az elektron állapotában, akkor nem is „látjuk” az elektronokat, azaz nincs róla semmilyen információnk. Emiatt nem a kísérletileg már meghatározott energiaállapotok alapján határozzuk meg, hogy milyen frekvenciájú fotonokat bocsát ki, vagy nyel el a rendszer, hanem fordítva: az ugrásokat látjuk, és ebből következtetünk arra, hogy mekkora lehetett az a két energiaszint, ami között létrejött az ugrás. Ezért alapvető a kölcsönhatást közvetítő foton szerepe, amelynek saját tulajdonságai határozzák meg, hogy milyen információt szerezhetünk az elektronok állapotáról. Viszont a foton „egydimenziós” részecske, ami alatt azt kell érteni, hogy egyetlen szabad paramétere van a ν frekvencia, amely meghatározza az összes tulajdonságát: az energia E = hν, a hullámhossz λ = c/ν, az impulzus p = hν/c = h/λ. Minden foton rendelkezik egy közös tulajdonsággal, ugyanis az impulzusnyomatékuk I = ℏ = h/2π megegyezik. Annak is külön jelentősége van, hogy a hullámhossz és az impulzus szorzata a Planck-állandó: λ.p = h. Ezt azért emelem ki, mert bizonyos törvényeket nem a kvantummechanikából akarok származtatni, hanem megfordítom a logikai következtetések irányát, nevezetesen plauzibilis fizikai elvekből kiindulva értelmezem a mikrovilág törvényeit. Evvel az a célom, hogy összhangot találjak a kvantumfizika szokatlan jelenségei és a józanész között.
A foton mint postás
Példaképp vizsgáljuk meg valamilyen anyag szerkezetét nagyteljesítményű mikroszkóppal. Akármilyen összetett lencserendszert is használunk, van egy határ, amit nem tudunk átlépni, ha látható fényt használunk. Ez a határ a fény hullámhossza, ami nem sokkal 1 μm (10-6m) alatt van. Ennek oka, hogy a fény hullámhossza adja meg azt a periódushosszat, amivel a fényhullámok sora ismétlődik. Ezt úgy foghatjuk fel, mint egy mérőrudat, aminek skálabeosztását λ adja meg. Ha egy molekula szerkezetét akarjuk látni, akkor finomabban skálázott méterrúdra van szükség. Használjunk ezért Röntgen-sugarakat, ahol a beosztás már 0,1 nm (10-10 m) és sugározzunk be egy egykristályt, amelyben minden molekula szabályos rendben helyezkedik el. A sugárzás eredeti irányához képest ekkor különböző szögekben figyelhetünk meg diffrakciós foltokat és tanulmányozhatjuk ezek pozícióját miközben forgatjuk a kristályt. Ebből már megfelelő matematikai eljárások útján meghatározhatjuk a molekula szerkezetét. A távolságmérés pontossága rövidebb hullámhosszú sugárzás alkalmazásával fokozható. Viszont a foton λ hullámhosszához p = h/λ impulzus tartozik, amellyel a sugárzás meglöki a vizsgált fizikai objektumot, és ennek mértékében megváltozik az objektum eredeti impulzusa. Ha most egy újabb mérést végzünk az impulzus meghatározására, akkor függetlenül az új mérés pontosságától, az eredeti impulzust már nem tudhatjuk pontosabban, mint amivel az első mérés fotonja rendelkezett, hiszen ekkor már a megváltozott állapotú rendszeren végezzük el a mérést. A két mérésből tehát azt kapjuk, hogy a vizsgált objektum pozíciójának és impulzusának mérési hibáját szorozva a h Planck-állandó adódik ki. Végső soron az információ közvetítőjének, a fotonnak tulajdonságából következik, hogy a pozícióról és az impulzusról nyerhető ismeretünk korlátozott pontosságú lesz. Ennek felel meg a kvantummechanika szabályaiból levonható következtetés, amit a Heisenberg-féle bizonytalansági relációnak nevezünk. (A matematikai levezetést lásd: A kvantumvilág rejtélyei 3.) A kvantummechanika tehát egy olyan matematikai formalizmus, amely magában hordja a foton alapvető tulajdonságait és emiatt lesz a részecskéről szerezhető információ pontossága korlátozott, azaz nem következik a bizonytalansági relációkból, hogy a részecske pozíciója és impulzusa lenne határozatlan .
Hogyan tükrözi a kvantummechanika a foton tulajdonságait?
Minek köszönhető, hogy a kvantummechanikai formalizmus összhangban van a foton szerkezetéből fakadó információs határozatlansággal? Ennek oka a fizikai mennyiségek operátorainak definíciójában rejlik. A fizikai mennyiségek hatásuk alapján definiálhatóak, az energia az a mennyiség, ami nem változik időben a mozgás során, az impulzus pedig a térben nem változik, ha a mozgás sebessége állandó (ez a Noether-elv). Az időbeli változást matematikailag a δ/δt, a térbeli változást a δ/δx, δ/δy, δ/δz differenciálhányadosok írják le. Foton esetén az időt „kvantálja” a hullám 2π fázisismétlődési ideje, a T =1/(2πν) = 1/ω periódus idő, ezért a δ/δt differenciálhányadosnak 1/T = ω felel meg. Viszont az energia E = ℏω, ahol ℏ = h/2π a redukált Planck-állandó, ezért ez fog szerepelni az operátorokban is. Emiatt definiálja a ℏi δ/δt operátor az energiát és ℏ/i δ/δx, ℏ/i δ/δy, ℏ/i δ/δz az impulzus komponenseit. (Az i imaginárius egység megjelenésének okát lásd: Út a kvantummechanika megértéséhez.)
A kvantumelektrodinamika szemléletmódja
A kvantummechanika eredeti formája, amit Schrödinger és Heisenberg alkotott meg, még magán viseli a klasszikus fizika szemléletmódját, mert a mikrorendszer részecskéit még önmagában vizsgálja és a fotonokat az észlelő rendszer részének tekinti. Ezt a határt változtatja meg a mezőelmélet, amikor az elektrodinamikának kvantumos leírást ad a kvantumelektrodinamika (QED) elméletében. Ez az elmélet már egyenrangú és elválaszthatatlan szerepet ad az elektronoknak és a fotonoknak, mindkét részecskét oszcillátorok írják le, amelyek képződnek és eltűnnek a mikro folyamatokban. Például, amikor az atom elektronja az egyik állapotból átugrik egy másik állapotba, akkor ez elektron eredeti állapotát leíró oszcilláció eltűnik (annihiláció), de létrejön egy új állapotú elektron oszcilláció, valamint egy fotont leíró oszcilláció is. Az annihilációt és részecske képződést operátorok írják le és az operátorok sajátértékének a fotonok és elektronok száma felel meg. Ezt az eljárást nevezik második kvantálásnak.
A QED elmélete tehát eltolja a határt a mikro folyamatok és a megfigyelő között, amikor az információt hozó fotonokat is a megfigyelt objektum részéve teszi. A határozatlansági reláció azonban továbbra is érvényben marad, bár ekkor a fotonkibocsátás hatását az elektronok állapotára (például az impulzus változását) az elmélet számításba veszi. Ennek oka, hogy az elektronok és fotonok viselkedése nem választható szét, és az összefonódás mértékét a bizonytalansági reláció szabja meg. Az elmélet arra is vállalkozik, hogy leírja a töltött objektumok közötti elektromágneses kölcsönhatást. Például az elektron és a proton azért vonzza egymást, mert állandóan virtuális fotonok seregét bocsátják ki és nyelik el. Ezek a kölcsönhatást közvetítő fotonok nem figyelhetők meg (ezért virtuálisak), szerepük az elektromágneses mező felépítése és fenntartása. Ezek nem számunkra hozzák az információt, hanem az elektromosan töltött részecskékhez szólnak, ezek a részecskék ily módon hatnak egymásra és „észlelik” egymás távolságát, mozgását. Az állandóan képződő és eltűnő virtuális fotonok a sztatikus elektromos és mágneses mező helyett ingadozásokat hoznak létre (ezt hívják vákuumingadozásnak illetve polarizációnak). Átlagértékben meghatározzák például a Coulomb-potenciált, de az ingadozás kismértékű többlethatást is okoz, amely megjelenik az elektron anomális mágneses momentumában és a Lamb-shiftben is (lásd az ide vonatkozó bejegyzést).
A virtuális fotonok világa
Ebben a képben az elektron „több önmagánál”, mert elválaszthatatlanul hozzá tartozik a virtuális fotonok serege, a töltése által keltett elektromágneses mező. Hasonlóan a foton sem csupán „önmaga”. Az elektron-pozitron pár annihilál és fotont bocsát ki, fordítva pedig a foton hozhat létre elektron-pozitron párokat. Ezek is virtuálisan jelen vannak az elektromágneses mezőben, ezek is részét képezik a fotonoknak. Ennek a furcsa világnak a tulajdonságát írja le Feynman diagramjaival és beszámol különleges tulajdonságairól könyvében: „QED: The Strange Theory of Light and Matter”, Princeton University Press, 1985. A különös tulajdonságok közé tartozik, hogy a hatások lokálisan átléphetik a fénysebességet, sőt még az oksági elvnek sem engedelmeskednek, mert egy elektron-pozitron pár előbb fejtheti ki hatását, mint ahogy létrejön.
Segíthet a józanész a kvantummechanika megértésében?
Annak érdekében, hogy a QED elmélet furcsaságait közelebb hozzuk a józanészhez, lépjünk vissza az időben, amikor még a kvantumelmélet csak születőben volt. Az első atommodellt Bohr alkotta meg. A klasszikus elektrodinamikát vette alapul és úgy képzelte el az elektronok mozgását az atommag körül, mint ahogy a bolygók keringenek a Nap körül. A problémát az jelentette, hogy minden gyorsulást végző töltés (a keringő mozgás is gyorsulás az állandó irányváltoztatás miatt) fényt, azaz fotonokat bocsát ki. Ez viszont állandó energiaveszteséggel jár, ezért az elektron nem lehetne stabil pályán az atommag körül. Bohr azonban bátor gondolkozó volt és feltételezte, hogy mégiscsak léteznek olyan pályák, ahol nincs fénykibocsátás, amit ő stacionárius pályáknak nevezett el. Később a kvantummechanika részben korrigálta elméletét (lásd erről részletesen a „Miért diszkrétek az energianívók kötött állapotban” című ötrészes bejegyzést), de a stacionárius pálya elvét megtartotta, amit az energia sajátfüggvényei képviselnek. A QED mezőelmélet ezen is tovább lépett, amikor a Maxwell-egyenletekből adódó foton kibocsátási szabályt beépítette oly módon, hogy ezek virtuális fotonok, amelyek nem figyelhetők meg és nem változtatják meg az elektron állapotát, mert a stacionárius pályán mozgó elektron egyidejűleg bocsátja ki és nyeli el a fotonokat.
A mikrorendszerek irány fogalma
Össze lehet-e egyeztetni ezt a furcsa képet a józanésszel? Próbáljuk meg! Hétköznapi világunkban minden pillanatban óriási mennyiségű információ ér minket, a fotonok garmadája jut el a szemünkbe, amit feldolgoz az agyunk. Összehasonlítja a különböző helyekről érkező fotonokat és megalkotja az irány fogalmát. De mit tenne akkor agyunk, ha csak egyetlen irányból jutna el szemünkbe a fény? Lenne akkor értelme az iránynak? Nyilván nem. Az elektron is hasonló helyzetben van, amikor az atommag körüli pályán tartózkodik, ekkor csak a centrumtól való távolságot „érzékeli”, ezért számára az irány fogalma értelmetlen. Mi azonban a makrovilágból nyert fogalmaink alapján képzeljük el az elektron mozgását, ezért matematikai leírásunkban a szokásos háromdimenziós teret vesszük alapul. De a mikrovilágban, ha egy atomról van szó, az irány már fiktív! Mit várhatunk ekkor az irányváltás miatt kibocsátott fotonoktól? Ezek is fiktívek lesznek! Ha nincs valódi irány, akkor a pálya ellentétes pontjain kibocsátott fotonok egymást kompenzálják, azaz képződnek és azonnal elnyelődnek. Így juthatunk el a QED virtuális fotonjainak koncepciójához! Abban a világban, ahol nincsenek egymást követő események az idő fogalma is elvész. A stacionárius pályán lévő elektron számára is ez a helyzet, hiszen csak az számít „eseménynek”, amikor két állapot között ugrást végez, és emiatt a kölcsönhatási folyamataiban nincsenek olyan események, melyeket idősorrendbe lehetne állítani. Így az idő is fiktívvé válik, és ez mutatkozik meg a QED elméletben számításba vett kölcsönhatásokban is. A mikrovilágnak ezt a sajátságát szemléltetem „Az intelligens elektron” című írásban is.
A foton a mikrorendszerek szabályozója: hogyan landol az elektron az atomban?
A foton nem csak a mikrorendszerek postása, hanem szabályozója is. A kötött állapotok energiaugrásai a foton kvantumos természetéből következnek, amit két példán mutatok be: a hidrogén atomban és a vegyérték rezgések esetében. A kvantummechanikai leírás – összevetve a klasszikus fizika módszertanával – olvasható a „Miért diszkrétek az energiaállapotok kötött állapotban” című bejegyzésben. Itt most az elvi alapokat foglalom össze. Hogyan jön létre a hidrogén atom egy távoli protonból és elektronból? Ha a két részecske mozgása során elég közel kerül egymáshoz, akkor a közöttük lévő elektromos vonzás gyorsítani fogja a részecskéket. A gyorsulás fotonok kibocsátásával jár. Ezt nevezi a szakirodalom fékezési sugárzásnak, ami például a ciklotronban is fellép és jelentős energiaveszteséget okoz. A fékezési sugárzás szerepe hasonló a fékező rakétához, amelyik elősegíti a „landolást” és a kötött pálya kialakulását. A gyorsulás beindulása előtt az elektron mozgása nem hoz létre pálya-impulzusnyomatékot, viszont az elektron rendelkezik saját impulzusnyomatékkal, spinnel, aminek értéke ½ℏ. Minden fotonkibocsátás ℏ impulzusnyomatékot igényel, ennek forrása az S = ½ spin, mert a spinnek két lehetséges állapota van, melyek nyomatékkülönbsége éppen ℏ. Az elektron közeledve a protonhoz, ha pályája nem pontosan a protonhoz tart, akkor pálya-impulzusnyomatékra tesz szert, amely a kibocsátott és elnyelt fotonoktól származik. Emiatt viszont a pálya-impulzusnyomaték mindig ℏ egységekben változik és így az atomi pályán tartózkodó elektronok kizárólag ℏ egészszámú többszörösének megfelelő impulzusnyomatékkal rendelkezhetnek. A kvantumosan változó impulzusnyomaték viszont diszkrét energiaállapotokkal jár együtt. Ezt írja le a kvantummechanika is. A diszkrét energia nívók azonban csak a kötött állapotra jellemzők, de ha az elektron „szabad”, akkor folytonosan változhat energiája, mert nem érvényesül a fotonok „szabályozó” szerepe. Ezt írja le a kvantummechanika, amikor megengedi, hogy az energiának ne csak diszkrét, hanem folytonosan változó sajátértékei is lehessenek.
Fotonok energiaadagolása molekularezgésekben
A molekulák atomjai rezgéseket végeznek a kötéshossz periodikus változásával, ezt a jelenséget vizsgálja az infravörös spektroszkópia. Az egyensúlyi helyzet kötéshosszának változása a megnyúlás, vagy a rövidülés mértékével arányos erőt hoz létre, amit Hook-törvénynek nevezünk. Az erőállandó és a rezgő tömeg hányadosa határozza meg a rezgési frekvenciát. A klasszikus leírásban a rezgési energia a kitérési amplitúdó négyzetével arányos és folytonosan változik. Ezzel szemben a kvantummechanikai leírás diszkrét és ekvidisztans közökben változó energiaszinteket határoz meg, ahol az egyes ugrások értéke h.ν, ahol ν felel meg a rezgési frekvenciának. Ez a kép is értelmezhető a fotonok „szabályozó” szerepével. A fotonok ugyanis csak akkor emelhetik meg, vagy csökkenthetik a rezgési energiát, ha frekvenciájuk pontosan megegyezik a rezgési frekvenciával. Viszont az ennek megfelelő foton energia éppen h.ν és így a rezgő rendszer energiája is csak ennyivel változhat meg, ha fotont bocsát ki, vagy nyel el. Érdemes azon is gondolkozni, hogy az alapállapot miért nem nullaenergiájú, hanem ½hν? Ezt nevezik nullponti energiának, mert a molekularezgések még az abszolút zérus hőmérsékleten sem állnak le. A kvantummechanikai magyarázat a bizonytalansági reláción alapul: ha leállna a rezgés, akkor a kötött atom pozíciója teljes pontossággal lenne meghatározó, de ekkor az impulzus – és vele együtt az energia – ingadozása végtelenül nagy lenne, ami felszakítaná a kötést. De magyarázhatjuk a nullponti rezgést a fotonok szabályozó szerepével is, ami a fotonok és a kötött atomok rezgése közötti rezonanciával függ össze. A rezonancia ugyanis megköveteli, hogy a foton rezgési fázisa igazodjon az atom rezgési fázisához, márpedig mozdulatlan kötéshossz esetén nem jöhet létre rezonancia.
Egy szemléletes hasonlat
Szemléltessük a fotonok szabályozó szerepét egy hasonlattal. Töltsünk fel egy hordót vízzel. A víz szintje tetszőleges lehet a hordóban, ha folytonos vízsugárral töltjük fel. Ha viszont a vizet vödrökkel adagoljuk és mindig tele van a vödör, akkor a hordóban diszkrét szintek alakulnak ki. A foton is ilyen teli vödör, amelyik ℏ Planck-állandónyi impulzusnyomatékot, vagy hν energiát ad át az atomnak, illetve rezgést végző molekulának.
Ellenpélda a nem-kvantumos kölcsönhatásra
A foton közvetíti az elektromágneses kölcsönhatást, de mi közvetíti a gravitációt? Ez a kérdés a modern fizika neuralgikus pontja, amire mindmáig nincs érvényes magyarázat, persze akkor, ha nem a tér Einstein által feltételezett görbületére akarjuk visszavezetni, hanem valamilyen közvetítő részecskére, amit gravitonnak nevezett el a szakirodalom.
Lehetséges-e oszcilláció gravitációs mezőben?
Létrehozhat-e a gravitáció olyan oszcillációt, mint a vegyértékrezgések? Elvben igen! Képzeljük el, hogy átfúrjuk a Földet és a lyukba leejtünk egy követ. A kő először a földfelszíni nehézségi gyorsulással indul meg, majd közeledve a bolygó centruma felé a ráható gyorsító erő csökkenni kezd, nulla lesz a centrumban, majd tovább repülve a mozgást már lassítani fogja a gravitáció. Ha nincs közegellenállás, vagy egyéb energiaveszteség, akkor a kő a Föld túloldaláig repül, ott megáll és elkezd visszafelé zuhanni. Ha nincs veszteség, akkor létrejön egy oszcilláció, akárcsak a vegyérték rezgések esetén. Csak annyi az eltérés a Hooke törvényhez képest, hogy a kőre ható gravitáció nem pontosan lineáris a centrumtól való távolsággal. Elvben a Hook törvény szerinti erőtörvény is kialakulhat, ha a gömb alakú Föld helyett egy kockára, vagy hengerre gondolunk, amit a szimmetriatengely mentén fúrunk ki. Ebben az esetben az erőtörvény pontosan megegyezik avval, ami a molekulában fellép a kötéshossz megváltozásakor. Ez az oszcillációs mozgás a bolygómozgás ellipszis pályájának felel meg, amelynek ellipticitása (lapultsága) végtelen.
Klasszikus vagy kvantumleírás kell az oszcilláció leírásánál?
Mivel makroszkopikus rendszert vizsgálunk, így használhatjuk a klasszikus Newton egyenletet, és az eredmény azonos lesz a rugó rezgését leíró egyenletekkel (Lásd „Miért diszkrétek az energiaállapotok kötött állapotban?”) De milyen leírást válasszunk, ha nem egy követ, hanem egy neutront, vagy egy Hidrogén atomot ejtünk le, akkor is a klasszikus mechanika törvényeit kell alkalmazni, vagy át kell térni a kvantummechanikára? Itt fontos, hogy a leejtett mikor-objektumnak ne legyen töltése, mert akkor a gyorsulás foton kibocsátással és energia veszteséggel jár, ahogy az elektron is sugárzást bocsát ki, amikor felgyorsítjuk a ciklotronban. Ha egy töltéssel nem rendelkező elemi objektum mozgását vizsgáljuk használhatjuk-e a Schrödiger egyenletet? Ha igen, akkor a vegyértékrezgéshez hasonló kvantált energiaállapotokat kapunk! Most készítsünk nagyszámú neutronból, vagy Hidrogénatomból egy makroszkopikus testet, ekkor, ha leejtjük ez is kvantált pályán fog mozogni? A válasz nem, mert ekkor a töltések hiányában két rezgésállapot között nem jön létre foton kibocsátás. Más szóval a mikrorészecske mozgása is klasszikus mechanika törvényeit fogja követni.
Az elektromágneses és a gravitációs potenciál viszonya
Az alapvető különbség a vegyértékrezgések és a gravitációs térben bekövetkező oszcilláció között, hogy a molekulában az egyes atomokat az elektronok elektromágneses kölcsönhatása köti össze, amelyben a virtuális fotonok hatása nyilvánul meg. Ha a gravitációnak valóban lenne kölcsönhatási bozonja, akkor elképzelhető lenne, hogy az oszcilláció tényleg kvantált legyen, de ekkor az egyes nívók energiáját már nem a h Planck állandó határozná meg, hanem egy gravitációs kvantumállandó.
A blog további írásairól ad tájékoztatót a „Paradigmaváltás a fizikában” című bejegyzés.
