A fizika kalandja

A fény és anyag kettős természete: hullámok és részecskék

2016. augusztus 23. - 38Rocky

 

Mi az anyag alapvető természete: hullámok vagy részecskék alkotják, vagy egyszerre rendelkezik két látszólag ellentétes tulajdonsággal? Ez a fizika talán legfontosabb és sokáig vitatott kérdése. Simonyi Károly (1916-2001) kitűnő monográfiájában „A fizika kultúrtörténetére” című könyvében foglalja össze a fény hullám, illetve részecske elméletének történetét és ismerteti a végső konklúziót, amit egyrészt a relativitáselmélet, másrészt a kvantummechanika ad meg. Ennek ellenére még ma is találkozhatunk ezt vitató nézetekkel, ezért érdemes ezt a kérdést újra áttekinteni és kiegészíteni a foton mellett a többi részecske kettős természetére vonatkozó ismeretekkel.

Newton és kora

A fény kettős természetének vizsgálata Newtonig (Isaac Newton, 1642-1726) nyúlik vissza, aki nem csak saját korának, hanem az egész fizikának egyik legjelentősebb alkotója volt. A mechanika mozgásegyenletei és a gravitációs törvény megalkotása mellett az optika törvényeit is jelentősen tovább lendítette. Nála még a fizikai különböző jelenségeinek vizsgálata együtt járt a matematikai és filozófiai kérdések tárgyalásával, ami megmutatkozik 1687-ben megjelent főművének címében is : „Principia mathematica philosophiae naturalist”. A tudományt annak egységében látta, erre példa, hogy az optikai törvényeinek – például a fény diffrakciójának – felismerése olyan optikai teleszkóp megalkotásához vezette, amely aztán a csillagászat legfontosabb vizsgálati eszközévé vált.

Newton optikai képének megértéséhez tudni kell, hogy még jóval az elektrodinamika törvényeinek, a Maxwell egyenletek megalkotása (James Clerk Maxwell, 1831-1879) előtt vagyunk, nem is beszélve Planck (Max Planck, 1858-1947) 200 évvel későbbi felismeréséről, amikor a fekete test sugárzás magyarázatához bevezette a foton fogalmát. Logikájának megértéséhez azt is tudni kell, hogy abban az időben még nem vált szét élesen a tudományos, a filozófiai és az okkult gondolkozás.

Newton optikája

Newton 1704-ben megjelent „Optika” című művében a színeket a fény részecskéinek nevezte, amely mögött korpuszkuláris kép volt, azaz apró száguldó gömbök voltak szerinte a fény hordozói. Ebben tükröződött általános természetfilozófiája is, ami könyvében megjelenik: „Kezdetben teremté Isten az űrt és az atomokat”. A részecske koncepció azért jelenhetett meg nála, mert előzőleg a golyók ütközési kísérletei segítették a mechanika törvényeinek megalkotásában. Elképzelése szerint valamennyi fizikai törvény mechanikai eredetű, amely erőcentrumokból és azok hatására létrejövő mozgásokból áll. Optikai elképzeléseit prizmával végzett kísérletei alapozták meg, amelyben a fehér fényt alkotó színeire bontotta. Alaposan ellenőrizte, hogy az egyes színek tovább bonthatók-e prizmákkal, lencsékkel és különböző anyagok átvilágításával és kimutatta, hogy ezek a színek nem bonthatók tovább. Ennél is tovább ment, lencsék és prizmák kombinálásával összegyűjtötte az előzőleg szétbontott színeket és kimutatta, hogy az eredmény ismét a fehér szín lett. Ebből egyértelmű lett, hogy a prizma nem alakítja át a fényt, hanem szétbontja összetevőire, amiket ő a fény részecskéinek tekintett.

Newton magyarázata a fénytörésre

Magyarázatot keresett a fénytörés jelenségére is, megadta annak az okát, hogy ha ferdén éri a sugárzás az üveglapot, vagy a prizma felületét, akkor miért törik meg a fény útja más-más szögben a különböző színek esetén. A jelenséget avval magyarázta, hogy sűrűbb közegben eltérő sebességgel mozognak a különböző fényrészecskék. Magyarázata részben megegyezik mai ismereteinkkel, de abban eltér, hogy ő a sűrűbb közegben a fény felgyorsulásáról beszél. Arra nem volt lehetősége, hogy mérje például üvegben, hogy milyen gyorsan halad a fény, ezért a hang eltérő sebességéből indult ki levegőben és vízben. Mint ismert vízben a hang közel négyszer gyorsabban terjed, mint levegőben. Ennek oka, hogy a hang rezgéseket idéz elő és ennek tovaterjedése sebessége attól függ, hogy milyen gyorsan adható tovább ez a rezgési állapot a közegen belül, ami sűrűbb közegben természetesen gyorsabb.

A fény hullámtermészete: az interferencia

Newton azonban olyan kísérleteket is végzett, amely csak a hullámtermészettel volt magyarázható. Vékony üveglapon (planparalell lemezen) vizsgálta a merőlegesen érkező fény visszaverődését, amit az elülső és a hátsó lapról érkező fény együtt határoz meg. A kísérletben fontos, hogy a fény monokromatikus (egyszínű) legyen és pontosan párhuzamos legyen a lap első és hátsó lapja. A lemez vastagsága és a fény színe (ma úgy mondjuk, hogy hullámhossza) határozza meg, hogy mekkora lesz a visszavert fény eredő intenzitása. Ma már ezt fénymérővel pontosan meghatározhatjuk, ami a vastagság függvényében nulla és 16 százalék körül változik, de Newton természetesen ezt még nem határozhatta meg ilyen pontosan. Viszont így is eljutott a fény térbeli periodikus változásának felismeréséhez. Ma ezt a jelenséget nevezzük a fény interferenciájának. Newton nem jutott el a fény hullámtermészetének kimondásához, hanem a térbeli periodikusságot avval magyarázta, hogy a fény részecskéi előrehaladás közben periodikusan változtatják sebességüket.

Fehér fény esetén is fellép az interferencia, ha például nem egyenletes az üveglap vastagsága, akkor annak két oldaláról visszavert fény helyről-helyre másképp találkozik, ami változatos térképet rajzol ki eltérő színekkel. Mindenütt az a szín jelenik meg, amelynek a hullámhossza kedvező a maximális intenzitás létrejöttéhez. Ugyanezért van, hogy az utca kövezetére kifröcskölt olaj, vagy egy felfújt szappanbuborék is változatos színeloszlást hoz létre.

Az éter fogalom megjelenése

Newton felvetette azt a kérdést is, hogy mi az a közeg, amelyben a rezgés tovább terjed. Hang esetén erre könnyű válaszolni, de hogy lehet, hogy a fény nem csak a levegőn, hanem a vákuumon is áthalad szemben a hanggal? Ezt magyarázta avval, hogy van egy a levegőnél is sokkal ritkább közeg, amit éternek nevezett el és ennek rezgései közvetítik a fényt. Az éterben fellépő erőhatásokra adott magyarázata ma már nem tekinthető tudományosnak, ebben megjelennek az okkult gondolkodás elemei is. Erre már kortársai, így a fénytan megalkotásában szintén jelentős szerepet játszó Huygens is (Christiaan Huygens, 1629-1695)  rámutattak.

Az abszolút tér és idő

Newtonnak az éterre vonatkozó koncepciója szorosan kapcsolódik az abszolút térre és időre vonatkozó elképzeléséhez. Úgy fogta fel a mozgást, hogy ez valamilyen abszolút térhez viszonyítható, amiben az idő is egyenletesen, minden hatástól függetlenül folyamatosan halad előre. Kortársai közül ezt fizikai oldalról Descartes bírálta (René Descartes, 1596-1650), aki csak a testek egymáshoz viszonyított mozgásának látta értelmét, hasonlóan gondolkodott Leibniz is (Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646-1716), aki rámutatott, hogy az abszolút térhez való viszonyítás mérésekkel nem igazolható. A relativitáselmélet óta tudjuk, hogy a modern fizika ebben a kérdésben Newton bírálóinak adott igazat.

Huygens hullámfelfogása

De ne menjünk el szótlanul Huygens nagyszerű fénytani felismerései mellett sem, akinek a Newton utáni korszak nem ismerte fel eléggé zseniális meglátását a fény hullámtermészetével kapcsolatban. Ő is a mechanikára vezette vissza a fény terjedését, szerinte az éter finom részecskéi egymást meglökve viszik tovább a mozgásállapotot, amely az előrehaladás során minden pontban egy-egy új gömbhullámot gerjeszt, és a gömbhullámok találkozása hozza létre azt a frontvonalat, ami végül a fény egyenes vonalú terjedését idézi elő. A mai fizikában a kvantumelektrodinamikai leírás valójában ezen az elképzelésen alapul, amit nagyon plasztikusan fejt ki Feynman is (Richard Feynman, 1918-1988)  könyvében: „QED: The strange theory of light and matter”.

Huygens a fénytörést a levegő és az üveg határfelületén mai tudásunknak megfelelően magyarázta a hullámok eltérő sebességével operálva, ahol is eltérő a két közegben a fény hullámhossza (azaz a sebesség és a frekvencia hányadosa). A fény a sűrűbb közegbe érve mindig a merőleges irány felé törik meg, amit helyesen azzal magyarázott, hogy sűrűbb közegben a fény lassabban terjed. Figyelemre méltó Huygens magyarázata a kettős törésről: az izlandi mészpátba beeső fény úgy törik meg, hogy kettőzött kép alakul ki. Helyesen mutatott rá, hogy ez a kristály aszimmetrikus szerkezetéből fakad, ami miatt van két irány, ahol eltérő a fény sebessége. Bár Huygens Newtonhoz hasonlóan az éter részecskéinek mozgásából indult ki, de nem ezeknek a részecskéknek a haladásával magyarázta a fényterjedést, hanem a mozgásállapot továbbterjedésével. Mechanikai alapú modelljéből viszont az következne, hogy a fényterjedés longitudinális rezgés, vagyis a haladás irányában valósul meg. A maxwelli elektrodinamikából viszont tudjuk, hogy a fény tranzverzális elektromágneses hullám, azaz merőlegesen rezeg az elektromos és mágneses mező a terjedés irányához képest.

Descartes fényelmélete

A fény mibenlétére Descartes egy harmadik magyarázatot adott. Ő is az éter és a mechanikai modell alapján értelmezte a fényt, szerinte a mindenséget kitöltő finom anyagrészecskék örvénylése gyakorol nyomást a testekre, ami létrehozza azt a hatást, amit fénynek érzékelünk. Ez az elképzelés is gyorsabb haladást tételez fel sűrűbb közegben, amely ellentmond a fénytörés törvényének. Newton ugyanakkor más okból bírálta ezt az elképzelést, rámutatva, hogy ekkor a bolygók és csillagok mozgását is gátolna ez a nyomás, amely súrlódást hozna létre és ezért megváltoznának a bolygómozgás törvényei.

A Fremat-elv

Newton kortársa volt Fermat is (Pierre de Fermat, 1601-1665), akinek  —  optikai eredményei mellett   — az egyik legfontosabb fizikai elv kimondását is köszönhetjük, amit azóta Fermat-elvnek nevezünk. A különböző optikai közegek közötti törésmutató értelmezésére ő adta a legeredetibb magyarázatot. Huygensszel értett egyet abban a kérdésben, hogy a sűrűbb közeg gátolja a fény terjedését és nem elősegíti, ezért ott lassabban terjed. Ő a fény mozgását mint szélsőértéket képzelte el: a fény mindig olyan utat választ, ami biztosítja, hogy a legrövidebb idő alatt érkezzen meg a célba. Azért törik meg a fény iránya, amikor sűrűbb közegbe érkezik, mert bár emiatt a ritkább közegben hosszabb utat tesz meg, de ezt túlkompenzálja, hogy a lassabb közegben rövidebb lesz az út. Evvel lehetett levezetni a korábbi bejegyzésben („Miért kék az ég? Mindennapi fényjelenségek fizikai magyarázata”) már ismertetett fénytörési törvényt.

Gömbhullámok és a fény egyenes vonalú terjedése

Persze felmerül a kérdés: honnan tudja a fény előre, hogy majd átlép egy másik közegbe, ahol lassabban fog haladni? A kérdésre választ Huygensnek a fény terjedését gömbhullámokkal értelmező modellje adja meg. Egyáltalán miért mozog a fény egyenes vonalban, ha gömbhullámokról beszélünk? Azért mert a tér egyes pontjaiban képződő gömbhullámok között interferencia jön létre és az egyenestől eltérő utak esetén a hullámok fázisa szóródni fog, ami interferencia minimumot hoz létre, szemben az egyenes mentén haladó fényutakkal, ahol a fázisok egyezése interferencia maximumot idéz elő. A fény tehát ’letapogatja’ az összes lehetséges utat, de hatása ott jelenik meg, ahova leggyorsabban eljut az interferencia szabálya miatt. Ugyanez érvényesül, amikor a fény sűrűbb közegbe érkezik, ekkor az egyenes úton az eltérő sebesség miatt szóródni fog a gömbhullámok fázisa, kivéve a leggyorsabb haladást biztosító megtört fényutat. Érdemes itt ismét Feynman kvantumelektrodinamikai magyarázatára utalni, aki nyilak összegzési szabályaival szemlélteti a fázisok szóródását a különböző esetekben.

Maxwell egyenletek magyarázata a fényről

Huygens hullámelmélete ellenére a 18. században uralkodóvá vált a newtoni részecske felfogás, ennek oka, hogy Newton követői leegyszerűsítették és abszolutizálták a nagy géniusz elképzeléseit és figyelmen kívül hagyták, hogy maga Newton is megállapította a fény térbeli periodikus viselkedését. A fény mibenlétének értelmezésében a Maxwell által végső formát nyert elektrodinamikai egyenletek hoztak áttörést a hullámfelfogás javára. Erről szól részletesen a „Mi a fény” című korábbi bejegyzés. Ebben az elektromos és mágneses mező fogalmai játsszák a döntő szerepet, amelyek nemcsak az elektromos töltéssel rendelkező objektumok közötti kölcsönhatást írják le, hanem leírják a fény periodikus változását, azaz a hullámokat is, térben és időben.

A foton fogalmának megszületése

Újabb fordulatot hoztak a fény kettős természetének kérdésében a 20. század fizikai felfedezései. A fizika forradalmát idézte elő Planck hipotézise, amikor a feketetest sugárzás kisenergiájú tartományban a végtelenhez tartó intenzitást úgy tudta elkerülni, hogy bevezette a fény energiájának legkisebb egységét, a fotont. Ez visszatérést jelentett a newtoni részecskekoncepcióhoz anélkül, hogy feladta volna a fény hullámtermészetét. A foton olyan részecske, amely rendelkezik h.ν  energiával (h a Planck állandó), h.ν/c = h/λ impulzussal (ν  a frekvencia, λ a hullámhossz) és ℏ=h/2π impulzusnyomatékkal, és ez a részecske c sebességgel halad. Ez utóbbi tulajdonság eltér Huygens koncepciójától, aki a mozgási állapot tovaterjedését képzelte el az éter finom részecskéi között. Az  impulzusnyomaték létezése viszont térbeli forgásokra utal kapcsolódva a Maxwell egyenletekben szereplő forgó elektromos és mágneses mezőkhöz. A fotont úgy fogjuk fel, amely az elektromágneses kölcsönhatás hordozója.

Az éter létezésének cáfolata a relativitáselméletben

A másik fontos felfedezés Michelson (Albert A. Michelson, 1852-1931) és Morley (Edward W. Morley, 1838-1923) nevéhez fűződik, akik kísérletileg cáfolták az éter létezését, mint az abszolút sebesség viszonyítási alapját. Mérésükben az interferencia jelenségét használták fel, hogy kimutassák a fénysebesség állandóságát a Föld keringési irányához képest. Ebből következik Einstein (Albert Einstein, 1879-1955) relativitáselméletének kiinduló pontja, amely szerint newtoni abszolút tér nem létezik, létezik viszont az abszolút sebesség: a fénysebesség, amely bármely inercia (tehát nem gyorsuló) rendszerből nézve ugyanakkora.

A téridő fogalma

A tér és idő elválaszthatatlan egységet alkot, amit felismerve Minkowski (Hermann Minkowski, 1864-1909) bevezette a négydimenziós téridő fogalmát. A tárgyak hossza már nem a descartesi x2+y2+z2, lesz hanem a négydimenziós c2t2-x2-y2-z2 mennyiség. Az energia és impulzus is egy négydimenziós kovariánsban kapcsolódik össze. A fenti törvényekből az is következik, hogy a megfigyelőhöz képest nagy sebességgel mozgó tárgyak hosszúsága lerövidül (Lorentz kontrakció, Hendrik Lorentz, 1853-1928)) és megnövekszik a tömegük. Különösen fontos az a határeset, amikor a fizikai objektum sebessége eléri a c fénysebességet: ekkor, ha eredetileg lett volna tömege, ez végtelenül nagyra nőne, ha volt valamilyen fizikai kiterjedése, akkor a mozgás irányában ez nullára csökken.

Beszélhetünk-e a foton tömegéről?

A fénysebességű mozgásból következik, hogy a foton nyugalmi tömege nulla! De a relativitáselmélet legfontosabb eredménye szerint az energia és tömeg egyenértékű, amit az E = m.c2 összefüggés fejez ki. Ebből az következik, hogy a foton is rendelkezik tömeggel: m = h.ν/c2, de ez nem nyugalmi tömeg, hanem a fénysebességű mozgás által létrehozott mozgási tömeg. Tehát a fénysebességű mozgás a tömeg létrehozója. De mi az a fizikai objektum, ami eredetileg nullatömegű volt, de a fénysebességű mozgás által tömegre tesz szert? Itt én nem keresnék étert, vagy valamilyen misztikus ősanyagot, szerintem a tér egyébként nullatömegű pontjai végzik a c sebességű mozgást. Foton esetén két mozgás kapcsolódik össze, az egyik a transzláció, a másik egy rotáció, amelynek frekvenciája a foton szokásos ν  frekvenciája, amelyik megjelenik az energia kifejezésében. A forgás kerületi sebessége is c, amihez az r = c/2πν sugár tartozik. Ez a sugár véges érték és megegyezik a fény hullámhosszával, mert a Lorentz kontrakció csak a mozgás irányában következik be. A véges sugár, a mozgási tömeg és a c kerületi sebesség pedig magyarázatot ad arra, hogy honnan származik a foton impulzusnyomatéka, azaz a spin (Az okfejtés megtalálható egyéb bejegyzésekben is, például „Az elemi részecskék mozgásformái”, vagy „A tér szerkezete és az elemi részecskék mint rezonanciák”).

Honnan származik a fénysebességű forgást fenntartó erő?

De mi azaz erő, amely fenntartja a körforgást, hiszen kompenzálni kell a kifelé húzó centrifugális erőt! Itt lép be az általános relativitáselmélet koncepciója: a tér görbülete a gravitációs erő forrása. A kör kerülete 2r.π az euklideszi geometriában, de a fénysebességű forgásban a kerület nullára csökken. Tehát egy végtelen mértékben torzult geometriáról van szó! Kimutatható, hogy ez pontosan akkora erőt (ezt nevezem erős gravitációnak, lásd a korábban említett bejegyzéseket) hoz létre, amely kiegyenlíti a centrifugális erőt. A magyarázat megfelel a Fermat-elvnek is. A fotont létrehozó sajátmozgás a legrövidebb utat választja, ez pedig a nullakerületű kör, ahol a térpont forog.

A fény kvantumelektrodinamikai koncepciója

A fény legteljesebb modern elmélete a kvantumelektrodinamika. Ez több is, mint a foton elmélete, mert az elektromágneses kölcsönhatást mint a fotonok és töltéshordozók (például az elektronok) együttesét írja le. Ebben minden fotont és minden elektronállapotot egy oszcillátor ír le, amelyek létrejöttét és eltűnését leíró operátorok képezik a kvantálás második szintjét. Az elmélet legnagyobb sikere az elektron anomális mágneses momentumnak kvantitatív értelmezése. Ez a fizikai állandó a fizika történetének legnagyobb pontossággal mért és elméletileg magyarázott állandója. Az elmélet a Feynman által javasolt diagramokra épül, amelyek számba veszik, hogy milyen átmenetek és átalakulások jöhetnek létre az elektronok és fotonok között beleértve a különböző párképződéseket és annihilációs folyamatokat (elektron-pozitron pár létrejötte fotonokból, és ezek annihilációja). Ezek a diagramok a Huygensi elv továbbfejlesztései, ahol virtuális fotonok és elektronok képződnek és tűnnek el a tér egyes pontjaiban (a virtualitás azt jelenti, hogy kísérletileg nem detektált, de a kölcsönhatás mértékét meghatározó folyamatokról van szó). Feynman már idézett könyvében veszi sorra ezeket a lehetséges folyamatokat és mutat rá, hogy ebben sem a fénysebesség, sem az oksági elv nem jelent korlátot. Van például olyan folyamat, ahol egy foton előbb hoz létre egy elektron-pozitron párt, mint ahogy maga létrejön.

A részecskék fénysebességű forgásmodellje

 Feynman arra az álláspontra helyezkedik, hogy nem lehet semmilyen fizikai képet megadni a bonyolult folyamatokra, elégedjünk meg vele, hogy vannak jól működő egyenleteink. A magam részéről nem adnám fel a lehetőséget, hogy konzekvens fizikai képet rendeljek a jelenségekhez, amit már az említett korábbi bejegyzésekben ismertettem. Itt most összefoglalom a modell főbb pontjait.  A fotont, ahogy leírtam, egy csavarmozgás ábrázolja a térben egy henger felületén. Ennek mintájára az elektron is csavarmozgás egy gömbfelületen, ahol két forgás kapcsolódik össze. A két forgás egymáshoz képesti viszonya a jobb és balsodrású királis szimmetriával értelmezhető, ami megfelel a negatív töltésű elektronnak és a pozitív töltésű pozitronnak. Az elektron és pozitron találkozása annihilációhoz vezet, mert ekkor az ellentétes kiralitású két ’másodlagos’ forgás kioltja egymást és az így megmaradó egyszeres forgás épp a fotonnak felel meg. A fénysebességű forgások nullafelületű gömböt hoznak létre összhangban az elektron és pozitron szórás kísérletekkel (Bhabha-szórás, Homi K. Bhabha, 1909-1966), amely szerint a részecske töltése pontszerű eloszlással rendelkezik. Az elektron spinje fele a fotonénak, mert az erős gravitációnak két különböző forgásból származó centrifugális erőt kell kiegyenlíteni. Már számos kísérlettel igazolták, hogy a fotonhoz hasonlóan az elektron, a proton, sőt kisebb molekulák is kettős természettel rendelkeznek, egyaránt viselkednek korpuszkulaként és hullámként. Az interferencia jelenség hullámhossza a Compton hullámhossz (Arthur H. Compton, 1892-1962), amely a nyugalmi tömegből számítható ki a l = h/m.c összefüggés alapján. Az elektron fénysebességű forgásmodellje ezt a hullámhosszat a forgás sugaraként értelmezi, amely meghatározza az elektron-hullám interferenciaképét.

Virtuális részecskék a virtuális térben

Hogyan kapcsolhatjuk fizikai világképünkhöz a kvantumelektrodinamika virtuális folyamatait? Kétségtelen, hogy szükséges számba venni ezeket a folyamatokat, ha az elektron és a mágneses mező kölcsönhatását helyesen akarjuk leírni, viszont mivel nem detektálható folyamatokról van szó, így az a tér és idő, amelyben leírjuk a folyamatokat szintén virtuális. Ezt a virtuális teret és időt már nem korlátozzák azok a törvények, amelyet a valódi kölcsönhatásokon keresztül ismertünk meg, ezért nem vonatkozik rájuk az oksági elv és a fénysebesség átléphetetlenségi szabálya sem. 

Összefoglaló megjegyzés

Az elemi részecskék és a fény kettős természetére szemléletes magyarázatot ad a fénysebességű forgások modellje. A hullámtermészet onnan származik, hogy minden részecske, így a foton is fénysebességű forgásokat végez, melynek fázisegyezése alakítja ki az interferencia maximumokat. A fénysebességű forgáshoz azonban véges sugár és tértartomány tartozik, ez reprezentálja a korpuszkuláris tulajdonságokat, a tömeget, az impulzus és az impulzusnyomatékot.

A blog egyéb írásainak összefoglalója a megfelelő linkekkel együtt a „Paradigmaváltás a fizikában: téridő görbülete kontra kvantumelv” című bejegyzésben található meg.

 

 

 

 

A bejegyzés trackback címe:

https://afizikakalandja.blog.hu/api/trackback/id/tr6811493902

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2016.09.18. 14:48:43

"Ezt a virtuális teret és időt már nem korlátozzák azok a törvények, amelyet a valódi kölcsönhatásokon keresztül ismertünk meg, ezért nem vonatkozik rájuk az oksági elv ..." Értem is meg nem is, de persze inkább nem. :-(

Tényleg csak nagyon bátortalanul teszem fel a kérdésemet (amúgy magamat materialistának tartom). Az nem lehet hogy az oksági elvet nem felrúgja a kvantumfizika, hanem hogy mi emberek és az egész univerzum egyek vagyunk? Vagyis hogy tényleg tőlem a megfigyelőtől függ hogy részecske vagy hullám? Tudom hogy abszurd, de legalább logikus. Vagy még csak az sem?

38Rocky 2016.09.18. 17:45:37

Bizonyos mértékben tényleg tőlünk függ, hogy a részecske korpuszkula vagy hullám. Mindez attól függ, hogy alkalmazott mérőberendezésünk mire van beállítva. Ha interferenciát keresünk, akkor láthatjuk a hullámok interferenciáját, ha gyorsítóval bombázunk valamilyen tárgyat, ott inkább a korpuszkuláris tulajdonságok fognak dominálni.
A kvantumelektrodinamika virtuális fotonokkal és folyamatokkal dolgozik, hogy magyarázzon bizonyos jelenségeket, például az elektron anomális mágneses momentumát. A virtuális fotonokon azt érti, hogy kísérletileg nem detektálhatók. Ami nem detektálható, arra nem vonatkoznak a megfigyelhető világ törvényszerűségei. Ebben az értelemben virtuális folyamatokról beszélni csupán egy matematikai közelítési technika. A végeredmény viszont már kísérletileg ellenőrizhető eredményre vezet, a végeredmény már nem mondhat ellent a fizika egyetlen törvényének sem. Fel lehet tenni a kérdést: vajon magyarázhatnánk-e az elektron anomális mágneses momentumát, anélkül, hogy nem bevezetnénk virtuális lépcsőfokokat? Talán igen, de magam kevés vagyok ahhoz, hogy egy ilyen eljárást kidolgozzak, maradok ezért azon a szinten, amikor lábjegyzeteket fűzök a térelméletek módszertanához.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2016.09.18. 18:01:39

@38Rocky: Köszönöm a részletes választ erre is és az új hajtómű elvre is. Olvasom, próbálom megérteni a rezgéseket, a forgásokat (spin vagy mi a szösz a szakszerű neve), de materialistaként kezdek kissé "megijedni", M. Kaku prof előadásán (húrelmélet), amelyben az anyag eltűnik és "csak" elektromágneses rezgések vannak. E=mc2 óta tudjuk hogy energia = anyag, de hogy a materializmusból pont a matéria kezd hiányozni, talán több mint szimbolikus. A 11-12 térdimenzióra már nem is mondok semmit, mert már a 4. is felfoghatatlan. :-(

38Rocky 2016.09.19. 09:27:37

Az anyag fogalma szerintem túl van a fizikán, jobb helyette tömegről beszélni, amelyik egyaránt jellemzi a fizikai objektumok tehetetlenséget és a közöttük ébredő gravitációs erőt. Emiatt az elektromágneses sugárzás is ugyanúgy „anyag”, mint bármelyik részecske, vagy atom.
Viszont negatív a véleményem a húrelméletről (szuperhúr, M-elmélet és még sorolhatnám). Lásd például a „A modern fizika dilemmái” című bejegyzést.
A kezdeti ötlet, amely minden részecskéhez húrt rendel, még szimpatikusnak látszik, talán még az is elfogadható lenne, hogy ez egy „negyedik” térdimenzióban valósul meg. Matematikai eszközökkel könnyű szaporítani a dimenziók számát, végül is csak az indexek számát kell megnövelni. A baj ott kezdődik, hogy nincs egyetlen matematikailag ellentmondásmentes húrelmélet sem. Ezért aztán elkezdték tovább szaporítani a dimenziók számát, ma már egyesek több tucat dimenziót is feltételeznek, szinte már mindenki, aki az elmélet híve, saját szuperhúr elméletet gyárt. Sőt már végtelen sok párhuzamos univerzumról is beszélnek. Az elmélet kétségbeesetten igyekszik magyarázni, hogy miért nem lehet ezeket az új dimenziókat kísérletileg is kimutatni. Magam „konzervatív” gondolkozású vagyok, ezért zsákutcának tartom az egész húrelméletet, mert lehet ugyan a kiinduló gondolat csábító, de ha nem tudunk konzekvens elmélethez jutni, akkor be kell látni, hogy tévedtünk és megpróbálni a megoldást másfelé keresni. Én magam is egydimenziós részecskékben gondolkozom, amikor a fénysebességű forgásokkal értelmezem a részecskéket, de ez az egyetlen dimenzió a szokásos háromdimenziós tér része, amelyből kettő épp a fénysebességű mozgások miatt tűnik el a relativitáselmélet szerint (ugyanis a Lorentz kontrakció határesetéről van szó).

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2016.09.20. 16:26:08

@38Rocky: Persze hogy pongyolán fogalmaztam anyag - tömeg ügyben. Látom kaptam házi feladatot. :-) „A modern fizika dilemmái” címmel. Köszönöm az olvasmányt, holnap lesz egy kis időm neki is fogok állni az elolvasásának.

Visszatérve még egy kicsit a húrelméletre, az a legfőbb bajom vele (ha jól emlékszem rá), hogy olyan parányi dolgokról szól, hogy kísérletileg nehéz, helyesebben szólva ma még lehetetlen igazolni. :-(

38Rocky 2016.09.21. 09:31:26

Egy elmélet, amelyből nem fakadnak megfigyelésekkel ellenőrizhető következtetések és ráadásul matematikailag sem konzisztens, hogyan kapcsolódhat a fizikai valósághoz? De ne feledkezzünk azért meg az elmélet érdeméről: sok tudományos karrier felépítése alapszik a húrelméleten!

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2016.09.24. 10:08:02

@38Rocky: Hát? Elolvasva az ajánlott fejezetet - posztot most már én is hajlok arra hogy inkább csak játék ez a térdimenziókkal.

Persze rögtön fel is merül az ember gyerekében a gondolat, ha van mondjuk 4 (vagy több) térdimenzió, azt a mi 3 térdimenziós világunkból - akár csak közvetett infók alapján is - képesek lehetünk-e érzékelni?

Analógiából kiindulva, csak úgy ha "csodát" látnánk. Egy kétdimenziós "várbörtön falon" belülre csak a falon keresztül vezet út. Ha a harmadik dimenzióból rajzolok egy vonalembert a várfalon belülre, a kétdimenziós porkoláb joggal gondolhatja, csoda történt, egy fővel szaporodott a rabok száma.

Ilyen "csoda" a mi 3 dimenziós világunkban a gömbvillám, ami a leírások szerint (ha hinni lehet nekik) a semmiből alakul ki, majd semmivé válik, néha nem semmi hogy micsoda rombolást okozva. :-(

Már most a gömbvillám valami eszement ritka jelenség még ma is, amikor mindenkinél ott van az okostelcsiben a fényképező gép és vagy a video. Vagy nem ritka, hanem nincs is. Szóval megint nem lettem okosabb. :-(

38Rocky 2016.09.24. 13:24:34

Én magam nem vagyok gömbvillám szakértő, de szerintem ezt az ügyet inkább legendák veszik körül. Ilyen ellenőrizetlen legenda, hogy a semmiből jön létre és elvész a semmibe. Ezt az is bizonyítja, hogy sikerült gömbvillámot laboratóriumi körülmények között létrehozni, és az is, hogy milyen pusztítást hagy maga után, hiszen a pusztítás ténye az a nyom, amit a gömbvillám maga után hagy.
A felhozott példa a kétdimenziós világról jól mutatja a magasabb dimenziók szerepét. Így lehet szemléltetni a térgörbület hatását is, amikor egy szivacsra golyókat helyezünk, és ha egy nehéz tárggyal bemélyedést hozunk létre, akkor a golyók a bemélyedésbe gurulnak. Itt a függőleges dimenzió az a harmadik dimenzió, amely irányában a kétdimenziós szivacs felülete behorpad. A háromdimenziós térnek is szüksége van egy negyedik dimenzióra, hogy kialakuljanak a görbületek, ez pedig az idő, amit a speciális relativitáselmélete összekapcsol a térrel és megalkotja a téridő fogalmát.
Ha a három térdimenzió fölött valóban lenne egy negyedik térdimenzió (tehát most nem az időről van szó), akkor valóban találkozhatnánk csodálatos kilépéssel a három dimenzióban a zárt falak közül, de ilyenre példát ellenőrizhető körülmények között nem tud felmutatni a fizika. Persze az idő segíthet, csak meg kell várni a börtönben, amíg az idő eljön a kapuk kinyitására.

Vér Vazul 2019.04.12. 14:52:52

Tisztelt Professzor ur!
Milyen korulmenyek kozott valhat egy virtualis reszecske valos reszecskeve?

38Rocky 2019.04.14. 18:33:12

@Vér Vazul: A virtuális részecske kibocsátása nem kötődik az elektron állapotának megváltozásához, tehát stacionárius állapotban is állandóan képződik a QED elmélet szerint. Ha viszont két elektromosan töltött részecske egymáshoz képest valamilyen sebességgel mozog, azaz nincs stacionárius állapotban, akkor ehhez impulzust rendelhetünk. Ha a virtuális foton impulzusa evvel megegyezik, akkor kölcsönhatást hozhat létre, azaz valóságossá válik. Ez magyarázza az anyag hullámtermészetét.

Bizsók László 2019.05.05. 17:14:03

Tiszteletem 38Rocky!

Én még a gumilepedős-vasgolyós gravitációs térgörbület szemléltetésnél tartok, amikor viccelődni van kedvem, hiszen már gyerek koromban sem értettem / Kaufmann: Relativitás és kozmológia, Gondolat, 1985./.

A gumilepedő ebben a példában egy kétdimenziós sík, a tér eleme, amely találkozik egy háromdimenziós vasgolyóval, de nem értem, hogyan, milyen körülmények között? Hogyan tud belapulni és hová? Hiszen a tér maga nem létezik, de ha mégis, nem lehet kétdimenziós, ha pedig háromdimenziós, nincs hova görbülnie. Esetleg nem megfelelő szavakat használunk.

A gumilepedő vízszintes, függőleges, ferde és mihez képest? A vasgolyó fölötte vagy alatta van, esetleg mellette? Ráadásul egy eleve adott gravitációs térben vannak így-úgy elhelyezve ezek a háromdimenziós tárgyak, ezért a tér gravitációs görbületére nem adnak, mert nem adhatnak szemléltető magyarázatot.

Köszönöm, ha válaszol, lenne még kérdésem.

bizsoklaszlo@gmail.com

Üdv. Cyrano

38Rocky 2019.05.06. 16:38:40

@Bizsók László: A hasonlat segít, hogy elképzeljünk valamit, de legtöbbször sántít. Ez vonatkozik a gumilepedő-vasgolyóra is. A görbület mindig egy magasabb dimenzió felé történik, itt is erről van szó, viszont a tér három dimenziója az idő felé görbül, mint negyedik felé. A tér és idő ilyen összeolvadását persze igazából lehetetlen elképzelni, csak a matematika nyelvén írhatjuk le. Megértem, hogy ebbe nehéz belenyugodni, de nincs más út.

Bizsók László 2019.05.06. 19:22:10

...szerintem ne sántítson... valamennyit tízzel megszorozni nem azt jelenti: tízet tízzel megszorozni... miért? ... mert az első kijelentés bizonytalansági faktora lehetetlenné teszi a második kijelentés igaz voltának belátását...

..."a görbület mindig egy magasabb dimenzió felé történik..." és ..."viszont /? / a tér három dimenziója az idő felé görbül, mint negyedik felé""... ezt sem értem, a téridőben az idő dimenziója valahol másutt van, mint a térdimenziók?... mert ha nincs másutt, akkor nem tudnak feléje görbülni a tér dimenziói...

...mi a dimenzió?... kiterjedés?... miből van?... létezik, vagy csak elképzeljük?... ha meggörbül, fizikai bizonyítékkal igazolható?... egy kvázi kétdimenziós gumilepedő a ráhelyezett vasgolyó súlya alatt persze, hogy görbül, vagy inkább süllyed a golyó a gravitációt adó Föld felé, ha ki van feszítve vízszintesen, különben más a helyzet... egy világtérben maga tér hová tud görbülni?... nem tud görbülni, mint a botom, legfeljebb deformálódni, de mitől deformálódik?... és meddig?... az Eötvös-inga mit detektál?...

Bizsók László 2019.05.12. 22:00:41

@38Rocky: ...volna még néhány kérdésem, észrevételem... küldtem két levelet, de valamit elronthattam, mert úgy látom, nem érkeztek meg...
...az Eötvös-inga mit detektál, mit mér?... mi a működési elve?...

38Rocky 2019.05.14. 10:14:59

@Bizsók László: A korábbi kommentek is megérkeztem, de a most befejeződött kínai utam miatt nem tudtam foglalkozni a bloggal. Majd a közeljövőben válaszolok.