Oops! It appears that you have disabled your Javascript. In order for you to see this page as it is meant to appear, we ask that you please re-enable your Javascript!
Θεωρίες φυσικής

Πώς η αρχή της ισοδυναμίας λειτουργεί στην κβαντική πραγματικότητα

Written by Δ.Μ.

Εδώ και δεκαετίες οι φυσικοί αγωνίζονται να μάθουν για το πώς η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν λειτουργεί στην κβαντική σφαίρα. Τώρα δύο ερευνητές ίσως έχουν τελικά καταλάβει το κλειδί που θα μας επιτρέψει να λύσουμε αυτό το μυστήριο. Οι φυσικές θεωρίες του Αϊνστάιν έχουν δοκιμαστεί πλήρως στον μακρόκοσμο. Αλλά όταν κατεβαίνετε στις πολύ μικρότερες κλίμακες – στην κβαντική σφαίρα – τα πράγματα αρχίζουν να συμπεριφέρονται λίγο περίεργα.

Share

Εδώ και δεκαετίες οι φυσικοί αγωνίζονται να μάθουν για το πώς η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν λειτουργεί στην κβαντική σφαίρα. Τώρα δύο ερευνητές ίσως έχουν τελικά καταλάβει το κλειδί που θα μας επιτρέψει να λύσουμε αυτό το μυστήριο. Οι φυσικές θεωρίες του Αϊνστάιν έχουν δοκιμαστεί πλήρως στον μακρόκοσμο. Αλλά όταν κατεβαίνετε στις πολύ μικρότερες κλίμακες – στην κβαντική σφαίρα – τα πράγματα αρχίζουν να συμπεριφέρονται λίγο περίεργα.

equivalence-principe

Το γεγονός είναι ότι δεν είναι ξεκάθαρο πώς η θεωρία της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής του Αϊνστάιν συνεργάζονται. Οι νόμοι που διέπουν τις δύο σφαίρες είναι ασύμβατοι μεταξύ τους και οι προσπάθειες επίλυσης αυτών των διαφορών δεν έχουν φέρει αποτέλεσμα. 

Αλλά η αρχή της ισοδυναμίας – ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους της σύγχρονης φυσικής – είναι ένα σημαντικό μέρος της γενικής σχετικότητας. Και αν μπορεί να επιλυθεί μέσα στην κβαντική σφαίρα, τούτο μπορεί να μας δώσει ένα όραμα για την επίλυση της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.

Η αρχή της ισοδυναμίας, με απλά λόγια, σημαίνει ότι η βαρύτητα επιταχύνει όλα τα αντικείμενα εξίσου, όπως μπορεί να παρατηρηθεί στο διάσημο πείραμα του φτερού και του σφυριού που διενεργήθηκε στη Σελήνη από τον David Scott στην αποστολή Apollo 15 .

Σημαίνει επίσης ότι η βαρυτική μάζα και η αδρανειακή μάζα είναι ισοδύναμες ή για να το πούμε απλά, εάν βρισκόσασταν σε έναν ανελκυστήρα, δεν θα είσαστε σε θέση να πείτε αν η δύναμη έξω από το θάλαμο ήταν από την βαρύτητα ή επιτάχυνση ισοδύναμη με τη βαρύτητα. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο.

«Η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν υποστηρίζει ότι η μάζα αδρανείας και η βαρυτική μάζα οποιωνδήποτε αντικειμένων είναι ισοδύναμες, δηλαδή όλα τα σώματα πέφτουν με τον ίδιο τρόπο όταν υπόκεινται σε βαρύτητα», εξήγησε ο φυσικός Magdalena Zych του Κέντρου για τα Μηχανικά Κβαντικά Συστήματα στην Αυστραλία.

«Οι φυσικοί συζητούν για το αν η αρχή αυτή ισχύει για τα κβαντικά σωματίδια, έτσι ώστε να μεταφραστεί στον κβαντικό κόσμο που χρειαζόμαστε για να μάθουμε πώς αλληλεπιδρούν τα κβαντικά σωματίδια με τη βαρύτητα.

«Συνειδητοποιήσαμε λοιπόν ότι για να το κάνουμε αυτό έπρεπε να δούμε τη μάζα».

Σύμφωνα με τη σχετικότητα, η μάζα είναι ισοδύναμη με την ενέργεια. Αλλά στη κβαντική μηχανική, αυτό είναι λίγο περίπλοκο. Ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να έχει δύο διαφορετικές καταστάσεις ενέργειας, με διαφορετικές αριθμητικές τιμές, γνωστές ως υπέρθεση.

Και επειδή έχει μια υπέρθεση ενεργειακών καταστάσεων, έχει επίσης και μια υπέρθεση αδρανειακών μαζών.

Αυτό σημαίνει – θεωρητικά, τουλάχιστον – ότι θα πρέπει επίσης να έχει μια υπέρθεση βαρυτικών μάζων. Αλλά η υπέρθεση των κβαντικών σωματιδίων δεν εξηγείται από την αρχή της ισοδυναμίας.

«Συνειδητοποιήσαμε ότι έπρεπε να δούμε πώς συμπεριφέρονται τα σωματίδια σε τέτοιες κβαντικές καταστάσεις της μάζας για να καταλάβουμε πώς ένα κβαντικό σωματίδιο βλέπει γενικά τη βαρύτητα», δήλωσε ο Zych .

«Η έρευνά μας λοιπόν διαπίστωσε ότι για τα κβαντικά σωματίδια σε κβαντικές υπερθέσεις διαφορετικών μαζών, η αρχή ισοδυναμίας συνεπάγεται πρόσθετους περιορισμούς που δεν υπάρχουν για τα κλασικά σωματίδια – αυτό δεν είχε ανακαλυφθεί πριν.

Αυτή η ανακάλυψη επέτρεψε στην ομάδα να επαναδιατυπώσει την αρχή της ισοδυναμίας για να υπολογίσει την υπέρθεση των τιμών σε ένα κβαντικό σωματίδιο.

Η νέα διατύπωση δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί πειραματικά. αλλά, λένε οι ερευνητές, ανοίγει μια πόρτα σε πειράματα που θα μπορούσαν να δοκιμάσουν τους πρόσφατα ανακαλυμμένους περιορισμούς.

Και προσφέρει ένα νέο πλαίσιο για τον έλεγχο της αρχής της ισοδυναμίας στην κβαντική σφαίρα. 

Η έρευνα της ομάδας έχει δημοσιευθεί στο περιοδικό Nature Physics .

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share