A fizika kalandja

Fizika: a világ kulturális öröksége

2017. október 01. - 38Rocky

 

Hány nagy tudós élete munkája hozta létre a fizika világát?  Voltak köztük nagyszerű tudósok, akik egy-egy zseniális gondolattal gazdagították a fizikát, mások kitartó munkával évtizedekig építették tovább. Végül is létrejött ez a csodálatos alkotás, a világ kulturális öröksége, a fizika tudománya! A kései kor szerény fizikusa örülhet, ha akárcsak egy parányit hozzáadhat ehhez az alkotáshoz. De nem csak erre van szükség, ezt az alkotást gondozni kell. Meg kell tisztítani olykor a rárakódott portól, el kell távolítani a rárakódott szennyet, üledéket is. Ráépülhettek oda nem illő vadhajtások is, és egy-egy elemére ráfér a csere. De akárhogy is nyúlunk hozzá az egész alkotás szelleme meg kell, hogy maradjon. Ezek a gondolatok vezettek engem is, amikor hozzákezdtem a”A fizika kalandja” írásaihoz. Ebből született meg egy könyv is „A kvantummechanikán innen és túl. A fénysebességű forgás koncepciója”. A könyv hamarosan megjelenik a Scolar Kiadó gondozásában és bemutatójára sor kerül november 16-án három órakor az ELTE  Jánossy termében (Lágymányosi Campus, északi szárny, 0.79-es terem). Örülök a helyszín választásának, mert szívesen emlékszem egykori professzoromra, aki a kozmikus sugárzás tanulmányozásában maradandót alkotott.

Megérthető-e a kvantummechanika?

„Tisztító” munkának tartom azt az erőfeszítést, hogy hámozzuk le a kvantummechanikáról a misztikus körítést, ami úgy állítja be az elméletet, hogy az a józan ész számára érthetetlen, csak alkalmazni tudjuk a formalizmust, hozzászokhatunk különös szabályaihoz, de igazán befogadni gondolatvilágunkba szinte lehetetlen. Meggyőződésem, hogy ha nyitottak vagyunk, amikor a mikrovilág titkait kutatjuk, eljuthatunk azokhoz az elvekhez akár saját magunktól is, ami elvezet minket ebbe a világba. Ez nem lesz könnyű út, de a fáradtságos erőfeszítéseinket jutalmazni fogja a megértés öröme. Ezt fejezi ki a könyv címe is: „A kvantummechanikán innen és túl”.

A tér és idő a fizikában

A fizika megpróbálja rendbe rakni fogalmainkat térről és időről és megfogalmazni a legfőbb rendezési elveket. Vajon a tér csupán egy tartály, amiben elhelyezkednek az anyag és annak legkisebb elemei az atomok és elemi részecskék, vagy lényegesen több annál? Fölvetődik a kérdés, hogy mi a tér és idő viszonya, melyek között egységet, összhangot teremt a relativitáselmélet a téridő fogalmával. Vajon az idő is csak egy rendezési elv, amivel ok-okozati kapcsolatot találunk az események között? Én az egységes fizikai világban hiszek, melyben nincs tér és idő az anyagi világ nélkül, de az anyagi világ eredete is a tér és idő kapcsolatából épül fel. Kiindulópontom, hogy világunk csak úgy létezhet, ha „ideje van” a megfontolt válaszokra. Amikor valami „itt” megváltozik, az hat az „ottra” is, de nem azonnal, hanem késleltetve. Minden hatáshoz idő kell, mert különben az oda-vissza hatások végtelen halmozódása pusztító robbanásra vezetne. Így eljutunk a relativitáselmélet kiindulópontjához, amely a hatások – köztük a fénysebesség – véges sebességéhez vezet. Ez már kiemeli az idő fontosságát, mert ezáltal a „távolságok” is az idővel fejezhetők ki. De a távolságokat is rendezni kell, ezt fejezi ki a tér három dimenziója. Ez a három dimenzió kétféle módon kapcsolódik össze, az egyik a jobb kéz, a másik a bal kéz szimmetriáját követi. Ez a kettőség jelenik meg a kétféle anyagban is, az anyag és antianyag kettős világában, de ennek magyarázatára majd később utalok.

A gravitációs térelmélet és mezőelméletek születése

A huszadik század hajnalán született meg a modern fizika, melynek egyik ágát Einstein fogalmazta meg a speciális és az általános relativitáselmélet által. Ez a TÉRELMÉLET, amelyben a gravitációs erő mint a tér szerkezetének torzulása jelenik meg. A másik a kvantumelmélet, amely eredetileg az atomokban az elektronok mozgását, energiáját határozta meg elektromágneses mezőben. A kvantumelméletnek két szintje van, az egyik önmagában keresi az elektronok energiáját, a másik, magasabb szint a MEZŐELMÉLET, amely egységben tárgyalja az elektronok és fotonok rendszerét, mindkettőhöz oszcillátorokat rendelve és ezeknek az oszcillátoroknak állandó képződése és eltűnése írja le a jelenségeket. Itt hangsúlyozni kell a mező fogalmát, mert sajnos gyakran elektromos és mágneses tereket emlegetünk a mező helyett és ez könnyen félreviszi az elméletet is. A TÉR ugyanis az elsődleges fogalom, a MEZŐ csupán a téren belül írja le a kölcsönhatási erőket. Ezt fejezi ki az általános relativitáselmélet is, amikor a fény útját is a tér görbületeihez igazítja.

A térelmélet elsődlegessége

A kvantumok mezőelmélete jelentős sikert ért el, amikor kiterjesztették az elemi részecskéket átalakító gyenge- és azokat egymásba forrasztó erőskölcsönhatásra is. A múltkori írásban foglalkoztam avval az elképzeléssel, amely a gravitációt is mezőelmélettel próbálja leírni (Miért vallott kudarcot a fizikusok álma, hogy megalkossák a négy alapvető erő egyesített elméletét (ToE)?) . A kudarc okát abban látom, hogy az alapvető térelméletet nem lehet leváltani a másodlagos mezőelméletekkel.

Mik azok a virtuális oszcillátorok?

A mezőelméletek kulcsfogalma a virtuális részecskék (oszcillátorok) feltételezése. A virtualitás a megfigyelés direkt és indirekt szintjének szétválasztását jelenti. Ha tényleges változást, vagy egy részecskét figyelünk meg, akkor valódi elektronokról, vagy fotonokról beszélünk, viszont vannak olyan részecskék és fotonok, amelyeket közvetlenül nem láthatunk, de képződésük és eltűnések alkotja az elektromágneses mezőt. Már maga az oszcillátor fogalma is virtuális, mert az oszcilláció rezgési állapot, de ez a kísérlet során nem figyelhető meg, viszont jó alapot ad az elmélet felépítésére. A kvantumelektrodinamika nem beszél arról, hogy mi az, ami oszcillál. Ennél továbbmegy a húr- és szuperhúrelmélet és annak nagyszámú változata, amikor az oszcillációt kihelyezi a szokásos három dimenzión kívülre további térdimenziók feltételezésével.

A részecskék fénysebességű forgásmodellje

Én magam nem ebben az irányban keresem az oszcilláció eredetét, hanem a háromdimenziós tér forgásaiban. Ha egy forgást „oldalról” nézünk, azaz csak egy dimenziót látunk, akkor egy rezgést (oszcillációt) figyelhetünk meg. A fizikai objektumok forgása azonban mindig impulzusmomentum létrejöttével jár együtt. Ennek mértékét elemi részecskék esetén a ℏ Planck állandó egységében adjuk meg annak együtthatója a spin segítségével, amely ½ az elektronok (fermionok) és 1 a fotonok (bozonok) esetén. A tér kétféle forgása alkotja a részecskéket, az egytengelyű körforgás felel meg a bozonoknak, ahol S = 1, és a kéttengelyű gömbforgás a fermionoknak, ahol S = ½.  A kéttengelyű forgás lehet bal- és jobbsodrású, ezért épül fel a mikrovilág részecskékből és antirészecskékből. A gömbforgások centruma jelöli ki a tér pontjait, ezeket kötik össze a körforgások, amelyek egyúttal fénysebességgel száguldanak összekötve a térben elkülönült fermionokat, azaz a tér pontjait. Ezek a fénysebességgel mozgó egytengelyű forgások a kölcsönhatási bozonok, melyeket az elektrodinamikában  fotonoknak nevezünk. Így jön létre az a mikrovilág, amelyben egyfelől a tér forgásai létrehozzák a részecskéket, másfelől a részecskék alakítják ki a tér geometriáját és topológiáját. A forgások kerületi sebessége növekszik a sugárral és bizonyos értéknél eléri a fény sebességét, és mivel ez nem haladhatja meg a határsebességet, így a forgás a térnek csak bizonyos tartományára terjed ki. Ennek sugara nagyon kicsi az elemi részecskéknél a forgás nagy frekvenciája miatt. A forgási frekvencia határozza meg a részecske tömegét, de ezt a forgó tömeget a centrifugális erő kirepítené, ha nem ellensúlyozná egy ellenerő. Ennek forrása az általános relativitáselméletből származtatható, minthogy a fénysebességű forgás a tér extrém torzulását idézi elő, amelyhez centripetális vonzó erő tartozik, ezt nevezhetjük erős gravitációnak. Evvel szemben a szokásos gravitációt a részecskék körüli térben létrejövő fokozatosan csökkenő frekvenciájú virtuális forgások hozzák létre, amely a speciális relativitáselmélet szabályai szerint torzítja a teret, előidézve ezáltal a tömegek közötti vonzóhatást. A virtuális forgásokra épülő fizikai modellre utal a könyv alcíme is: „A fénysebességű forgás koncepciója”. Hogyan magyarázza ez a kép a részecskék között ható elektromos töltés eredetét, hogyan vihető tovább a modell a gyenge- és az erőskölcsönhatás magyarázatára? Az olvasó választ talál ezekre a kérdésekre is a műben. Úgyszintén tárgyalja a könyv a kvantummechanika ismeretelméleti problémáit, a determinizmus és valószínűség viszonyát a mikrovilágban és az EPR paradoxonokat.

A blog további írásaihoz mutatja meg az utat a „Paradigmaváltás a fizikában” című írás.

 

 

A bejegyzés trackback címe:

https://afizikakalandja.blog.hu/api/trackback/id/tr8212914977

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.

Nincsenek hozzászólások.