Gravitonok (De miért?)

Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Antares » 2014.04.28. 00:40

Az elektromágneses teret anyagnak tekintjük. Van neki energiája, impulzusa, perdülete. Azt is értem, hogy a témakör tudósai ehhez a mezőhöz valahogy részecskéket, fotonokat tudnak rendelni, még ha nem is értem, hogyan. De el tudom hinni a dolgot, mert a foton is anyag, és a mező is anyag. De hogy van ez a gravitációval?

Tudjuk, hogy a gravitáció a téridő görbületének a megnyilvánulása. Tehát tulajdonképpen nem anyag. Nincs se tömege, se energiája. Mégis gyakran beszélnek gravitonokról, mint a gravitációs mező közvetítő részecskéiről.

Korábban azt hittem, csak a sci-fi írók találták ki, akik nem ismerték eléggé Einstein elméletét. De mint látom, ma is komoly elmélete van a dolognak, a Wikipédia is tartalmaz róla szócikket, amely szerint a graviton olyannyira valóságos, hogy a standard modell része, és még azt is tudjuk róla, hogy 2 a spinje.

Szóval az érdekelne, hogy mi a helyzet ezzel a gravitonnal valójában. És ha tényleg komolyan feltételezik a létezését, akkor hogyan egyeztethető össze egy olyan relativitáselmélettel, amelyben a gravitáció csak a tér geometriájának a megnyilvánulása?
Antares
 
Hozzászólások: 261
Csatlakozott: 2014.03.26. 04:38
Has thanked: 72 times
Been thanked: 17 times

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Rigel » 2014.04.28. 08:22

Antares írta:És ha tényleg komolyan feltételezik a létezését, akkor hogyan egyeztethető össze egy olyan relativitáselmélettel, amelyben a gravitáció csak a tér geometriájának a megnyilvánulása?

Erre egyelőre nem fogsz választ kapni. :twisted:
Sikerült rákérdezned a fizika Szent Gráljára, a kvantumgravitációra. Hát, az még nincs készen. Hogy finoman fogalmazzak...
Avatar
Rigel
 
Hozzászólások: 525
Csatlakozott: 2014.03.13. 22:17
Has thanked: 40 times
Been thanked: 140 times
Név: Farkas Zsolt

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Banzai » 2014.04.28. 08:27

Antares írta: hogy a standard modell része, és még azt is tudjuk róla, hogy 2 a spinje


Nem része a Standard Modellnek, csupán hipotetikus részecske, és ahogy Rigel is írta, ha meglesz a QG, tökéletes válaszokat fogunk kapni a kérdésekre...
banz.
Avatar
Banzai
 
Hozzászólások: 1274
Csatlakozott: 2014.03.14. 19:22
Has thanked: 158 times
Been thanked: 115 times
Név: T

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Antares » 2014.04.28. 13:46

Ok, ezt értem, meg valahol sejtettem is, de igazából az érdekelne, hogy ha lesz is majd ilyen kvantumgravitáció, gravitonokkal, az nem lesz szükségképpen ellentmondásban a relativitással? Mert ha nem, akkor mik lesznek a gravitonok? A tér görbületének kvantumai? Ezek szerint nem lesz se tömegük, se energiájuk, spinjük viszont igen? Bár lehet, végül is annyi furcsa dolog van :)
Antares
 
Hozzászólások: 261
Csatlakozott: 2014.03.26. 04:38
Has thanked: 72 times
Been thanked: 17 times

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Banzai » 2014.04.28. 15:23

Antares írta: ...ha lesz is majd ilyen kvantumgravitáció, gravitonokkal, az nem lesz szükségképpen ellentmondásban a relativitással?


Ha ellentmondásban lesz, akkor az azt jelenti, hogy nem találtuk meg a helyes modellt. A problémát az okozza, hogy mind a kvantummechanika, mind a relativitás, tökéletesen működőképes elméletek külön-külön, rendkívüli pontossággal (és több milliószor igazolva) írják le a világot. Pont ezért okoz akkora problémát ezeknek az egységes alapokra való helyezése. Ami még tetézi ezt a bajt, hogy teljesen különböző matek van mögöttük, más alapokkal, más eszközökkel történik az elméletek leírása. Többek között ezért is okoz akkora fejtörést lassan száz éve ennek a közös modellnek a megalkotása. Próbálkozások vannak, és talán részsikerek is, de idáig még egyetlen elmélet sem bizonyult életképesnek (a mainstream fizika első számú jelöltje erre a szuperhúr-elmélet). Vannak olyan irányzatok is amelyek azt feltételezik, hogy nem is létezik a nagy egyesítés, de az ember szeretné hinni hogy a világ megérthető...
banz.
Avatar
Banzai
 
Hozzászólások: 1274
Csatlakozott: 2014.03.14. 19:22
Has thanked: 158 times
Been thanked: 115 times
Név: T

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: dgy » 2014.04.28. 23:19

Szóval az érdekelne, hogy mi a helyzet ezzel a gravitonnal valójában.

Az egész kérdés egy rossz analógia terméke.

A relativisztikus kvantummezőelméletben (QFT) viszonylag könnyen fel lehet írni akármekkora spinű mező mozgásegyenletét. És létezik egy módszer, az ún "kanonikus kvantálás", amellyel egy klasszikus elmélettel, egyenletekkel leírt rendszer kvantumos elméletéhez el lehet jutni, legyen az klasszikus mechanikai rendszer vagy klasszikus mező.

Ennek kapcsán hamar (a húszas években) rájöttek a fizikusok egy egyszerű kapcsolatra: ha a klasszikus mezőt (anyagteret, erőteret) matematikailag egy skalármezővel lehet leírni, akkor a neki megfelelő részecske nulla spinű. Ha vektormezővel, akkor egyes spinű. Ahány indexe van a mennyiségnek, annyi a spin... Ezt megerősítette a klasszikusan nem, csak kvantumosan értelmezhető spinormezők vizsgálata - ezek matematikailag valahol félúton állnak a skalár és a vektormezők között - és a megfelelő részecske (pl az elektron) spinje 1/2.

Jön az analógia: ha valamit klasszikusan kétindexes mennyiség, azaz tenzormező ír le, akkor a neki megfelelő részecske spinje 2 lesz. Stb.

Nosza, keressünk valamit a fizikában, amit kétindexes tenzorral ír le a relativitáselmélet! Megvan: az elektromágneses mező! Jaj, bocs, annak a részecskéjének, a fotonnak csak 1 a spinje... Gyorsan megvan a magyarázat: ezt a mezőt nem csak tenzorral, hanem vektorokkal is le lehet írni (ahogy klasszikusan az elektromos és mágneses térerősségek helyett a skalár- és vektorpotenciállal). Tehát ezért lesz 1 a foton spinje... Akkor keressünk valamit, ami igazán tenzoros matematikájú jelenség, és ezt nem lehet ilyen könnyen kidumálni belőle... Megvan: a gravitáció Einstein-féle elmélete! Akkor annak a kvantuma biztosan 2-es spinű lesz. Rögtön nevet is adtak neki: graviton. Érdekes módon a piezoelektromos jelenségeket leíró háromindexes tenzorhoz senki sem tételezett fel és nevezett el egy hipotetikus hármas spinű részecskét.

E játék és analógiaépítés során teljesen megfeledkeztek arról, hogy a gravitáció elméletében szereplő metrikus tenzornak egészen más a fizikai jelentése, elméletbeli szerepe, mint a fizikai mezőket leíró 0, 1, 2 stb indexes tenzoroknak. Pontosan azért, amiről a vitaindító cikk szólt: azok az adott "háttér-téridőn" létező, mozgó anyagfajtákat írják le, a metrikus tenzor meg pont ezt a hátteret. Ezért részben módszertani, részben elvi, részben pedig matematikai hiba ugyanazzal a módszerrel "kvantálni" a gravitációt, mint a skalár- és vektormezőket.

Az utóbbi, tehát a matematikai hiba hamar ki is ütközött: az első triviális kvantálási próbálkozások súlyos kudarccal végződtek. Hamar el is vetették őket. Persze azóta is, ma is sokan próbálkoznak a gravitáció kvantálásával. Most egy éve voltam egy "Quantum Gravity" konferencián, ahol kb egy tucat konkurens "kvantumgravitációs" (QG) elmélet mai állását, eredményeit és nehézségeit ismertették. Ezek egytől egyig sokkal bonyolultabbak, matematikailag kifinomultabbak, mint a fent említett analógiára épülő kvantálási próbálkozás, részben a kvantummezőelmélet belső fejlődésének újabb eredményeit, bonyolult fogalomalkotásait igyekeznek kihasználni, részben pedig az áltrel alapjául szolgáló differenciálgeometria modern fejleményeire építenek. Ezeknek a versengő elméleteknek két közös jellemzőjük van: matematikailag nagyon bonyolultak és teljesen sikertelenek.

Az utóbbin azt kell érteni, hogy egy adott téma új elméletének meg kell(ene) magyaráznia mindazt, amit az adott területen korábban biztosan tudtunk (más alapokból kiindulva újból le kell vezetnie őket), másrészt új jelenségeket, összefüggéseket kell előrejeleznie, megjósolnia (mint anno az áltrel a gravitációs vöröseltolódást), amit aztán a kísérleti fizikusok ellenőrizhetnek a gyakorlatban. A legtöbb ilyen QG elmélet az első kritériumot sem teljesíti: alapítójának fogadkozásai ellenére sem tudja reprodukálni az áltrel eredményeit. Prediktiv erejük pedig szinte nulla: eddig semmiféle ellenőrizhető jóslatot nem tettek - így értelemszerűen sem megerősíteni, sem cáfolni sem lehetett őket.

A mai QG-elmészek tehát messze járnak a "mutasd meg, hány indexe van a tenzorodnak, megmondom, hányas a spined" analógiától (bár így sem jutottak el sehova). A tudományos (értve itt a nem közvetlenül e témával foglalkozókat) és az érdeklődő laikus közvéleményben azonban valahogy megmaradt a graviton legendája. Olybá veszik, mint pár éve a Higgs-részecskét: biztos létezik (hiszen kijön az elfogadott alapelméletből), csak még nem fedeztük fel... Pedig ez teljes tévedés. Nem jön ki az alapelméletből, csak egy gyenge analógia terméke.

Persze lehet, hogy mégis létezik a graviton (én speciel nagyon csodálkoznék, ha kiderülne), de akkor valami egészen furmányos, az elektrontól, fotontól és rokonaiktól igen eltérő módon létezik. És persze azt sem szabad elfelejteni, hogy a többi, ismertebb részecske sem olyan, mint amilyennek az ismeretterjesztő könyvek ábrái alapján elképzeljük. Az elektron nem kis piros golyó, ami forog a tengelye körül, a többi részecskéről nem is beszélve. (A legutóbbi félévben egy egész speciális előadássorozatot szenteltem annak, hogy meggyőzzem a fizikus hallgatókat: "részecske" mint olyan nem létezik, az egész fogalom önkényes emberi konstrukció.)

Valószínűbb, hogy a graviton egyáltalán nem létezik, és a kvantumelmélet majdani egyesítése a gravitációelmélettel valami olyan, ma még el sem képzelhetően forradalmi úton, a korábbi elképzelések és alapfogalmak akkora felforgatásával és újraértelmezésével történik meg, hogy abban graviton ósdi fogalmának már semmi szerepe sem lesz.

Lavoisier kora óta a kémia sokat változott, MÉGIS: azt, hogy az égés (első közelítésben) oxigénnel való egyesülés, ma is így tanuljuk. Sem a kvantumkémia, sem az egyéb modern fejlemények nem hozták vissza az akkoriban kidobott flogiszton fogalmát a kémiába. Szerintem így jár majd a graviton is.

Ami viszont nagy valószínűséggel létezik, az a gravitációs hullám. Kimutatása néhány éven belül várható. Ez azonban nem kvantumos, hanem teljesen klasszikus, az áltrelből következő jelenség. Ennek fényében viszont újra kell gondolni néhány, a vitaindító cikkben felhasznált látszólagos evidenciát: bár a gravitációs tér nem anyag, nem mező, fodrozódásai, zavarai, a gravitációs hullámok mégis tudnak energiát, impulzust, perdületet szállítani nagy távolságra, és ott átadni ezeket más anyagfajtáknak. Azaz határozott "anyagi" tulajdonságokkal is bírnak. Ezért valószínűleg újra kell gondolnunk az "anyag" és a "nem anyag" tulajdonságairól szóló elképzeléseinket. Függetlenül a graviton lététől vagy nemlététől.

dgy

These users thanked the author dgy for the post (total 3):
Sanyi_LacikaritAntares
Rating: 33.33%
 
Avatar
dgy
 
Hozzászólások: 1737
Csatlakozott: 2014.03.12. 21:40
Tartózkodási hely: Budapest
Has thanked: 111 times
Been thanked: 832 times

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Antares » 2014.04.29. 00:28

Köszönöm a részletes választ, nagyon tanulságos volt, és örülök, hogy a gravitonnal szembeni gyanakvásom ezek szerint nem volt teljesen alaptalan :)

Igazából arról jutott eszembe a kérdés, hogy azon gondolkodtam, hogy tud egymás körül keringeni körpályán egy kettőscsillag egy newtoni gravitációs térben, és arra jutottam, hogy valószínűleg sehogy. Mert ha számításba vesszük a gravitáció véges terjedési sebességét, akkor a két csillag sohasem ott látja egymást, ahol valójában vannak, hanem egy korábbi helyen. És akárhogy próbáltam rajzolgatni, nem tudtam rátenni őket egy körpályára úgy, hogy az egy centrális erőtérnek feleljen meg. Persze tudom, a relativitás szerint nem is kúpszelet pályán mozognak a bolygók sem, hanem virágszirom-szerűen, de az az érdekes, hogy ezek szerint a newtoni gravitáció sem tud létrehozni tökéletes kört (vagy talán még zárt ellipszist sem), ha hozzávesszük a véges terjedési sebességet.

(Érdekes lenne valahogy modellezni, hogy hogy mozognak a testek egy ilyen véges sebességű newtoni gravitációban, persze jó nagy tömegű és nagy sebességű testek, mondjuk 2 fekete lyuk.)

Szóval erről eszembe jutott az elektronok keringése, ahol a sugárzással jól kimagyarázható, hogy nincs körpálya. Erről meg az, hogy akkor a gravitáció esetében (még a Newtoni esetében is) léteznie kell valamilyen sugárzásnak. Ha pedig sugárzás, akkor a fizikusok rögtön elővarázsolnak egy részecskét :) Szóval ezért jutott eszembe a graviton.
Antares
 
Hozzászólások: 261
Csatlakozott: 2014.03.26. 04:38
Has thanked: 72 times
Been thanked: 17 times

Re: Gravitonok (De miért?)

HozzászólásSzerző: Sanyi_Laci » 2014.04.29. 15:31

Én is köszönöm ezt a hozzászólást, DGy. Nekem nagyon szimpatikusak az utolsó bekezdésben foglaltak:
dgy írta: Ennek fényében viszont újra kell gondolni néhány, a vitaindító cikkben felhasznált látszólagos evidenciát: bár a gravitációs tér nem anyag, nem mező, fodrozódásai, zavarai, a gravitációs hullámok mégis tudnak energiát, impulzust, perdületet szállítani nagy távolságra, és ott átadni ezeket más anyagfajtáknak. Azaz határozott "anyagi" tulajdonságokkal is bírnak. Ezért valószínűleg újra kell gondolnunk az "anyag" és a "nem anyag" tulajdonságairól szóló elképzeléseinket.

Mindig is pedzegettem ezt laikusként, néha fel is tettem a "miből van a téridő" kérdést, aztán egyszer válaszoltál is rá legjobb tudásod szerint, miszerint ne azt kérdezzük, hogy miből van, hanem inkább azt, hogy milyen tulajdonságai vannak?
Az lenne a kérdésem, hogy lehet-e becslésekbe bocsátkozni arról, hogy kb. mikorra várható valami fejlemény ez ügyben, tehát a téridő "anyagszerű" értelmezése és leírása terén? Még mindig a mindenkori jelenidő+50 év? Jó lenne ezt megélni, ez hatalmas áttörés lenne, még akkor is, ha semmit sem értenék belőle. :)
Avatar
Sanyi_Laci
 
Hozzászólások: 2382
Csatlakozott: 2014.03.14. 00:24
Has thanked: 251 times
Been thanked: 443 times

.

HozzászólásSzerző: Kónya Gábor » 2014.05.16. 23:09

.
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára Kónya Gábor 2018.01.26. 19:42-kor.

These users thanked the author Kónya Gábor for the post:
Antares
Rating: 11.11%
 
Kónya Gábor
 
Hozzászólások: 47
Csatlakozott: 2014.05.16. 21:32
Has thanked: 5 times
Been thanked: 24 times

.

HozzászólásSzerző: Kónya Gábor » 2014.05.16. 23:46

.
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára Kónya Gábor 2018.01.26. 19:42-kor.

These users thanked the author Kónya Gábor for the post (total 2):
20 karakter lehet?Antares
Rating: 22.22%
 
Kónya Gábor
 
Hozzászólások: 47
Csatlakozott: 2014.05.16. 21:32
Has thanked: 5 times
Been thanked: 24 times

Következő

Vissza: De miért?

Ki van itt

Jelenlévő fórumozók: nincs regisztrált felhasználó valamint 2 vendég

cron