OGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI A ŚWIAT KWANTOWY

       

Ogólna teoria względności jest powszechnie uznawana za jedną z najpiękniejszych teorii w dziejach fizyki.

Natomiast dwaj wybitni fizycy rosyjscy Landau i Lifszyc, idą znacznie dalej ,gdyż w swym monumentalnym kursie fizyki twierdzą ,że ogólna teoria względności jest najpiękniejszą teorią fizyki.

Born, Rutherford zestawiali ją z dziełami sztuki.

 Dirac uważał ,że Einsteina teoria grawitacji [termin „Ogólna teoria względności” wywodzi się z jej medialnej popularyzacji w okresie narodzin i nie był zaproponowany przez Einsteina] posiada wewnętrzną doskonałość.

 Chandrasekhar w swym wykładzie poświęconym pamięci Karla Schwarzschilda [1]pokazał szczegółowo na czym polega piękno ogólnej teorii względności.

Niezależnie od tych słów zachwytu nad General Relativity

( GR ),w stosunku do tej teorii- jak do każdej innej teorii fizyki-stosuje się bardzo ostry warunek jej obecności w nauce :

teoria  musi wyjaśniać dotychczas poznane zjawiska i przewidywać występowanie nowych zjawisk.

 

Einsteina teoria grawitacji wyjaśnia wszystkie dotychczas znane zjawiska związane z grawitacją ,a teoria grawitacji Newtona nie ma takiej własności, np. nie można w jej ramach wyjaśnić efektu związanego z ruchem perihelium orbity Merkurego. Również słaba jest jej  własność przewidywalności nowych zjawisk i dlatego teoria grawitacji Einsteina jest szersza i głębsza od takiej samej teorii Newtona.

 Wszystkie sformułowane dotychczas hipotezy w ramach Einsteina teorii grawitacji, zostały eksperymentalnie potwierdzone. Są to:

1.Odchylenie od prostoliniowego biegu fal elektromagnetycznych w pobliżu wielkich mas [dla fal świetlnych- S.Edington,1919;dla fal radiowych-ESA,2012]

 

2.Grawitacyjna dylatacja czasu w pobliżu gwiazd [ dla sygnału ExB-Shapiro ,1964,pomiary- Mariner 6,7 ,1969,system GPS ,1974]

 

3.Grawitacyjny red-shift dla światła widzialnego i mikrofalowego promieniowania  tła [Adams,1925,Pound-Rebeca,1960,Sachs-Wolfe,1969]

 

4.Pomiar krzywizny przestrzeni w otoczeniu Ziemi, oraz wleczenie przestrzeni przez ruch wirowy Ziemi[Gravity Probe B ,NASA,2004]

 

5.Równoważnośćmasy bezwładnej i grawitacyjnej[J.L.Gundlach,2007]

 

6.soczewkowanie grawitacyjne [pierścienie Einsteina-JVAS B1938+666,1998,2008.Krzyż Einsteina –obraz kwazara Q2237+030 wywołany przez galaktykę spiralną ZW 2237+030,2004].

 

Szczegółowe opisy eksperymentów weryfikujących konkretne hipotezy ,oraz projekty nowych [głównie w dziedzinie kosmologii] czytelnik może poznać z prac [2,3].Jest jednak jeden poważny kłopot: ogólna teoria względności nie jest kompatybilna z mechaniką kwantową.

 

Obydwie teorie istnieją obok siebie rozłącznie. Mechanika kwantowa nie uwzględnia GR, a mimo to jest spójna logicznie. GR obywa się bez pojęcia kwantowania, a nawet więcej: jest odporna na wszystkie dotychczasowe próby kwantyzacji grawitacji.

 

W fizyce mikroświata, czas i przestrzeń stanowią bierne tło ,ramy wypełnione dynamiką cząstek elementarnych. W fizyce makro ,czasoprzestrzeń jest aktywnym „ciałem” ,wpływającym na dynamikę substancji materialnej.

Powyższy stan fizycy uważają za kryzysowy.

Najcenniejsze próby przezwyciężenia tego kryzysu, polegają na zaprojektowaniu i wykonaniu eksperymentu ,który by pokazał jednoznacznie ,że czasoprzestrzeń [ a dokładnie jej krzywizna]ma wpływ na zachowanie cząstek elementarnych i kwantów różnych oddziaływań.

 

W międzynarodowym eksperymencie KLOE-2, realizowanym w Narodowym Instytucie Fizyki Jądrowej we Frascati we Włoszech [3], wśród różnych szczegółowych problemów fizyki cząstek elementarnych występuje również i ten , w którym usiłuje się wykryć wpływ grawitacji na zachowanie się cząstek elementarnych zwanych kaonami.

W projekcie Kloe-2 bierze udział grupa polskich fizyków z  Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku i Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego, pod kierownictwem  prof. dr. hab. Wojciecha Wiślickiego, oraz  prof. dr. hab. Pawła Moskala.

W świecie mikro ,wpływ grawitacji jest tak znikomy ,że należy zastosować super czułe fenomeny do jego rejestracji.

 

 Takim subtelnym zjawiskiem jest interferencja kwantowa, oraz jej zaburzenie- dekoherencja kwantowa. Już w szkole średniej uczeń poznaje fale de Broglie’a [ fale „psi”]związane z każdym obiektem kwantowym[cząstką, kwantem].Fale te mogą dawać zjawisko interferencji, gdy są spójne[koherentne].

 

W mechanice kwantowej stany cząstek opisuje się za pomocą funkcji nazywanych falowymi[funkcja „psi”/funkcja Schroedingera]. Funkcję falową stosuje się m.in. do wyliczenia prawdopodobieństwa znalezienia się cząstki w tym, czy innym stanie. Gdy w układzie mamy więcej niż jeden obiekt kwantowy tego samego typu, ich funkcje falowe nakładają się i może dojść  do ich wzmocnienia w sposób charakterystyczny dla zjawiska interferencji.

Fale de Broglie’a są niesłychanie czułe na wpływ otoczenia-spójność dwóch interferujących wiązek natychmiast znika ,przy znikomym wpływie otoczenia- następuje dekoherencja. Mierząc wielkość zniekształcenia spójności wiązek w interferencji kwantowej można obliczyć wielkość czynnika, który wywołał tę dekoherencję.