0. Wstęp.
To w zasadzie zawsze był występ, a nie wstęp. I wracamy do korzeni, inaczej sformatowane teksty nie zdały egzaminu, także pozostaje nam powrót na stare śmieci.
Wiem, dawno nie pisałem, wybaczcie, życie fizyka to nie bajka, musiałem przewalić dwa wagony węgla, żeby zbadać wpływ tegoż węgla na mój węglowy organizm. Okazało się, że przytyłem. Widocznie węgiel z wagonów jakoś dostał się do mojego krwioobiegu, na pewno przez pot i pory skórne. Może nie aż dwa wagony are ze dwa, trzy kilo przyjąłem na klatę. Nie jestem chemikiem ani biologiem, dlatego mogę sobie z nich porobić trochę jaj. A właściwie dwa jaja, jedno z chemikiem a drugie z biologiem w środku. To ci dopiero jajko niespodzianka.
Dziś będziemy pisać o grawitacji, temat sprzed roku, ale jeszcze świeży (w przeciwieństwie do jaj z naukowcami), mam nadzieję, że kogoś wzruszy, ktoś zapłacze, a jeszcze inny zagra na mandolinie. Tak po prostu ;)
A także, tak po prostu, przechodzę do meritum. Wolno mi, po przerzuceniu dwóch wagonów węgla człowiekowi się wydaje, że wszystko mu wolno. Lecę jeszcze na tej fali węglowego sukcesu, mam nadzieję, że nie obrażą się Ci z Was którzy mają węglowe tarapaty. Drwina nie była zamierzona, a jakoś jeszcze jesteśmy dzięki występowi w medialnym klimacie. Lecimy!
1. Szczypta wstępnych przypomnień.
Model pokazujący, jak załamują się formy falowe w kwantowym świecie, nazywany modelem GRW - pomaga on dojść do wiedzy o kolapsach i "błyskach" Będzie o tym później, nie chcę, aby szczypta teorii przerodziła się w szczypce teorii.
Jak pogodzić mechanikę kwantową i teorię względności (jeśli ktoś wie proszę o maila), dwa filary współczesnej fizyki? Jedna z nich musiałaby ustąpić pola drugiej, jedna musiałaby okazać się bardziej fundamentalna niż druga z nich. Nowe podejście mówi jednak, że grawitacja może wyłaniać się z losowych fluktuacji na poziomie kwantowym, dając pierwszeństwo mechanice kwantowej nad ogólną teorią względności.
(Losowe fluktuacje na poziomie kwantowym - wyobraźmy sobie nasze Słońce w przybliżeniu, pewnie nieraz widzieliście obrazek z żółtą kulą i czarnymi ni to falami, ni to wybuchami, takimi językami - to tzw. protuberancje. A teraz wyobraźcie sobie, że Słońce to cząstka, bardzo mała, a te protuberancje to nic innego jak fluktuacje, czyli losowe "wybuchy" - błyski na poziomie kwantowym. Powiedzmy, że istnieje uśredniona długość wszystkich protuberancji; każda długość inna niż średnia to fluktuacja. Ale o nich za chwilę. Można powtórzyć, uzupełniając sam obraz, za Wikipedią: "wahania przypadkowe – przypadkowe, niedające się przewidzieć, odchylenia od wartości średniej zmiennej losowej").
Pierwszą z teorii tłumaczącą rzeczywistość jest teoria kwantów - opisuje ona interakcje pomiędzy najmniejszymi cegiełkami materii. Ogólna teoria względności zaś - daje nam do czynienia i pokazuje, jak zachowuje się grawitacja w największych skalach i dla największych struktur Wszechświata. Od czasów Einsteina fizycy próbują zbudować pomost pomiędzy dwiema teoriami, z mizernym efektem.
Częścią problemu jest fakt, iż nie wiadomo, które elementy każdej z nich są fundamentalne dla naszego rozumienia rzeczywistości.
Jedno podejście pomagające pogodzić grawitację i mechanikę kwantową to takie, które mówi, że grawitacja na poziomie najbardziej podstawowym dzieli się na niepodzielne (czyli takie, których już nie potniemy na mniejsze kawałeczki) części zwane kwantami. Na przykład - siła elektromagnetyczna rozchodzi się w przestrzeni za pomocą swoich kwantów nazywanych fotonami. Jak do tej pory nie udało się znaleźć kwantowej teorii grawitacji - czyli nie dało się dowieść, że grawitacja ma swoje kwanty, nazywane hipotetycznymi "grawitonami".
2. Światełko w tunelu grawitacji i kwantów.
Antoine Tilloy z wydziału Optyki Kwantowej Instytutu Maxa Plancka w Garching w Niemczech zaproponował podejście do grawitacji, dość nowatorskie - poprzez dostrojenie standardowej mechaniki kwantowej.
W teorii kwantów, stan cząstki jest opisany przez jej funkcję falową. Funkcja falowa pozwala obliczyć prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w jednym miejscu, lub w innym - w każdym z pomiarów. Przed pomiarem nie wiadomo gdzie znajduje się cząstka, oraz czy w ogóle jest tam, gdzie jej oczekujemy. Rzeczywistość, jak się okazuje, jest swego rodzaju produktem pomiaru, którego dokonuje kolaps funkcji falowej. To takie kwantowe dzieci - jeśli na nie patrzymy, uśmiechają się, a wokoło pokój pełen rozwalonych zabawek. Nie wiadomo, czy to one zrobiły, bo nie widzieliśmy, jak to robią, a na dodatek uśmiechają się łobuzersko, z minami niewiniątek. Problem w tym, że gdy przestajemy patrzeć, uśmiechy znikają i dokonuje się kasacja kolejnych zabawek i chaos w pokoju. Kiedy patrzymy, następuje kolaps do uśmiechu ;)
Ale mechanika kwantowa nie mówi nam, czym w istocie samej jest "pomiar". Nie podaje jego definicji. Na przykład, może konieczny jest świadomy obserwator? Problem pomiaru prowadzi do paradoksów. Jednym z nich jest Kot Schroedingera, który może być żywy i jednocześnie martwy, kiedy znajduje się w zamkniętym pudełku. Oczywiście, dopóki ktoś nie zajrzy do pudełka i nie sprawdzi.
Jednym z rozwiązań tego typu paradoksów to tak zwany model GRW, który opracowano w latach 80 ubiegłego stulecia. Zawiera "błyski", które są spontanicznymi losowymi kolapsami funkcji falowej w systemie kwantowym. W rezultacie otrzymujemy sytuację, w której wszystko wygląda tak, jak gdyby nieustannie dokonywały się pomiary, ale bez wyszczególnionych obserwatorów.
Tilloy zmodyfikował ów model by pokazać, jak może on prowadzić do sformułowania na nowo teorii grawitacji. W jego propozycji, kiedy błysk załamuje funkcję falową i powoduje, że cząstka ma pojawić się w jednym miejscu, kreuje się pole grawitacyjne, nagle - w czasoprzestrzeni.
Okazuje się, że średnią owych fluktuacji jest pole grawitacyjne. Ale takiego, które zostało wyliczone dla danego obszaru z równań Newtona. To podejście do zunifikowania grawitacji z mechaniką kwantową nazywane jest półklasycznym. To znaczy, że grawitacja powstaje w wyniku zaistnienia procesów kwantowych, ale pozostaje siłą klasyczną. Tilloy mówi, że "nie ma powodów, aby odrzucać aspekt klasyczny siły grawitacyjnej".
3. Komentarze i wnioski.
Klaus Hornberger z Uniwersytetu w Duisburg-Essen w Niemczech przyklaskuje modelowi Tilloya. Zwraca jednak uwagę na inne problemy, które należałoby rozwiązać przed uznaniem podejścia półklasycznego za poważnego kandydatem do unifikacji sił fundamentalnych, zarówno w skali mikro jak i makro. Na przykład, model Tilloya może być użyty do uzyskania newtońskiej grawitacji, jednakże jesteśmy o wiele obliczeń w tyle za stwierdzeniem, czy model Tilloya jest efektywny w opisywaniu grawitacji z Einsteinowskiej teorii względności.
Tilloy się zgadza. "Jest bardzo trudno dostroić moją teorię do ustawień relatywistycznych. Mówi on także, że nie wiadomo, które z dostrojeń mechaniki kwantowej jest właściwe.
Jednakowoż, model półklasyczny z kwantowymi rozbłyskami daje przewidywania, które mogą być testowane. Na przykład, daje już odpowiedź na pytanie, jak będzie zachowywać się grawitacja dla małych skal, a jak dla dużych. Odpowiedź brzmi - odmiennie; to znaczy, że grawitacja będzie się inaczej manifestować dla atomów, a inaczej dla czajników i gwiazd.
Jeśli badania Tilloya faktycznie wykażą, że model ten odzwierciedla rzeczywistość, a grawitacja w sposób niepodważalny jest emergentna w relacji do kolapsujących kwantowych fluktuacji, możemy już snuć teorię wszystkiego, ale na nowych zasadach: półklasycznie obchodząc się z grawitacją.
Czyli standardowo - trochę tego, trochę tamtego, pomościk i mamy teorię wszystkiego... ;)
