Gazdag Lszl: A blcselet vgeKristf Mikls: Az ter konzisztens elmlete1TARTALOMGAZDAG LSZL: RELATIVITSELMLET S SZUPERFOLYKONY VKUUM In medias res (A dolgok kzepbe vgva)Egy ksrlet, amely megvltoztatta kpnket a vilgrlEinstein relativitselmleteLouis de Broglie anyaghullmaiRelativisztikus tmegnvekeds, iddilatci, hosszkontrakciA tr s az id is szemcszettSzuperfolykonysg s szupravezetsHullmterjeds a szuperfolykony hliumbanMi van, ha a vkuum szuperfolykony?Milyen sr az ter(vkuum)?Dirac tengereA klcsnhatsok hidrodinamikai modelljeAz elemi rszecskk llatkertjeKvantumszn dinamika: QCD (Quantum Cromo Dynamics)A hrom vkuumbozonA mikro-s makrovilg trvnyeinek sszekapcsolsa (A Bodonyi-Sarkadi-fle ksrletek.)Kvantlt rvnyek hordozzk az informcitFilozfiai kvetkezmnyekIrodalomjegyzkKristf MiklsBevezet az ter konzisztens elmlethezKRISTF MIKLS: AZ TER KONZISZTENS MATEMATIKAI ELMLETEA Bta metrika:Hangterjeds raml kzegbenKonkurrens terelmletekA gmbszimmetrikus fekete lyukNhny gondolat a TIP-teria szletsi krlmnyeirl:Mg egy pr sor a korunkban oly divatos hrelmletrl:Az raml Trid-PlazmaAz ter Rug-Tmeg Modellje (RUT 80)A hromdimenzis RUT modellA hromdimenzis RUT modell analziseMirt vetettk el az tert?A Standard RUT elmlet konklziiA csoportsebessgAz effektv tmegSebessgsszetevsAz nmagval val azonossg problmjaAz ltalnos Relativitselmlet levezetseGravitcis vrseltoldsKozmolgiai elemzsA Fekete Lyuk2Ufmagazin cikkek az terrlAz esemnyhorizontA ltezs alapjaiA relativitselmletrlBizonytk az ter ltreA Mindensg szveteHivatsos tudsok s amatr feltallkramlik-e az ter?A Lorentzer levezetse az raml terblKrdsek s vlaszok az terrel kapcsolatbanEgyszer ksrletek a hidromechanikvalAnalgik a Lorentzer, a Corioliser, a gravitcis ers az raml kzegben trtn hangterjeds kzt3Gazdag LszlRELATIVITSELMLET S SZUPERFOLYKONY VKUUM(AVAGY A BLCSELET ALKONYA)Szeresd, aki az igazsgot keresi! De vakodj attl, aki mr megtallta!4In medias res (A dolgok kzepbe vgva)Eknyvelejrl elmaradaBevezets, vagyaz Elsz, azonnal a problmahalmaz kells kzepn tallja magt a kedves olvas. Ateremts titka c. knyvemben (Alexandra Kiad,2004.) mg bonyolultmatematikai appartustvonultattamfl, gondolvaa profi fizikusokra. Nemsok rtelme volt, csupn haragjukat vvtamki magamellen. Szinteaz50-esveketidzmdon kvetkezett be megtmadtatsom. A Szkeptikusok Trsasga, ln B. Gy.-val, nem mert szemtl szembe killni, hanem egy kis debreceni sarzsit toltak maguk elbe. Az illet a kiadnl kvetelte knyvem bevonst a polcokrl, s bezzst, hangslyozom, az 50-es vekben reztem hirtelen magam. Tbb szt nem is rdemes erre a krdsre vesztegetni. Nzzkinkbb, hogymilyenalapvetfilozfiai selmleti fizikai krdsekrl lesz sz e mostani knyvemben!Van-e ter? Mi a vkuum? Azonos elmleti alapra hozhatk-e az alapvet klcsnhatsok, vagyis egyesthetk-e ezek a klcsnhatsok? Lehet hogy csak hrom alapvet klcsnhats van a ma ismert ngy helyett?Hogyan rtelmezhet a hres Michelson-Morley ksrlet (1887), ha az ter egy szuperfolykony kzeg, s nem hagyomnyos kzeg? Lehet-e a fnysebessgnl nagyobb sebessg?Van-eIsten? Van-e let a hallutn?Levlhat-ealleka testrl, az agyrl hallunk utn, s nll ltbe kezdhet-e? Teremtette-e valaki, valami a vilgot, vagy rkkn volt s rkkn lesz? Vgtelen-e az Univerzum trben s idben? A vilg anyag s anyagtalan llek egysge, vagy csak az rk fejld, mozg matria ltezikAdhat-e termszettudomnyos magyarzat a transzcendentlis jelleg krdsekre? Netn adhat-e kifejezettenmaterialistamagyarzatatestrl levlllekre, az isteni princpiumra? (Flrerts elkerls vgett itt most nemcfolatra gondolok, ellenkezleg, az emltett szubsztancik ltnek termszettudomnyos altmasztsra, igazolsra!) Ilyen, s ehhez hasonl krdsekkel fogunk foglalkozni e knyv lapjain.Azemberi blcselet, teht afilozfianagykrdsei ezek, valamint a vallsok, teht a hit is egyben, hiszen a blcselet trtnetn vgighzdik annak a heroikus erfesztsnek a folyamatais, ahogya(legnagyobb) blcselks teolgusok 5megprbltk magyarzni a vilgot, igazolni, vagy cfolni logikai rvekkel Isten s a tlvilg ltt.A modern elmleti fizika, a kvantummechanika, a relativitselmlet legjabb eredmnyei megnyitjk, megnyithatjkagondolkods eltt az utat atranszcendentlis problmkracionlis magyarzata irnyba? Vgbemehet a NagySzintzis, vagyisahit studomnyegyestse, amaterialistasazidealistablcseleti ramlatok egyestse? Bebizonyosodhat, hogymindezek(a vallsok, amaterialista, ateista s idealista filozfiai ramlatok) a lt egyik, vagy msik ltezoldalt ragadtk csupn ki, nem vve tudomst a msik, ugyancsak ltez oldalrl? Ltezik teht a vilg egyik oldalaknt az ltalunk kzvetlenl (rzkszer-vileg) megtapasztalt, illetve mszereinkkel vizsglhat anyagi valsg, a mozg, vltoz, fejld matria, s ltezik ugyanakkor ezzel szemben a vilgmsik oldalaknt valami szellemi szubsztancia? Esetleg e ms(ik) vilg, teht a szellemi oldal mgis azonosthat valamifle anyagival, s a testrl levl llek, ezltal a tlvilg, netn egy isteni princpium ennek az anyagi szubsztancinak a mkdsbl, tulajdonsgaibl levezethet? Nos, a modern fizika egyik nagy talnya a vkuum, amelyet mr rgen nem a semmivel azonostanak. A hatalmas rszecskegyorstkban bizony megnyilvnul ez a vkuum, amikor energia befektetssel klnbz rszecskket emelnek ki belle. s mi van akkor, ha a vkuum, amelyben vilgunk mozog, egy olyan kzeg (teht anyagi valsg, s nem semmi) amely agyunkkal klcsnhatsban van, s e klcsnhats eredmnye a pszich, a tudat, a llek? Msknt fogalmazva: tudatunk az agy egyfajta hromdimenzis hologramlenyomata1ebben a vkuum-kontinuumban. Akkor a llek, a tudat le is vlhat az agyrl, ltrehozjrl, s nllmozgsba, ltbekezdhet hallunkutn?Mgisvantlvilg, serre teljesen termszettudomnyos, netn materialista magyarzat adhat? Azt is ltni fogjuk, hogy nem valamilyen statikus s mechanikus lenyomatrl van sz a vkuumban, hanem e knyv szerzjnek vlemnye szerint bonyolult, dinamikus mechanizmusrl: nagyon parnyi, szubatomi mretrvnyekbonyolult rendszerehordozzaaz informcit a vkuummmezben, akr a szmtgp mgneses memrijban a parnyi mgneses mezk. Knyvemben lesznek matematikai kpletek, de ezek tugorhat, megrtskre nincsszksg, teht aknyvlogikjnakkvetsenemttelezfl magasabb fok matematikai tudst. Inkbb rdekessgknt kzlm a kpleteket. Amelyek rtse mgis szksges, azok az ltalnos iskols tanknyvekben 1Egondolat LszlErvintl szrmazik, lsd: Kozmikuskapcsolatokc. mvt!Magyar Knyvklub, 1996.6mr szerepelnek, mint pldul Newton gravitcis er trvnye, vagy Coulomb elektromos er trvnye. Ne felejtsk el, hogy Einstein specilis relativitselmletnek megrtshez is elegend az egyszer gykvons ismerete!Knyvemalcme: Ablcselet vge. Francis Fukuyamaa trtnelemvgrl rt2, amely szerinte eljtt azzal, hogy a szocializmus, a szovjet tmb sszeomlott. Nos, gy tnik, minthaatrtnelemvalahogymgsemakarnavget rni, mintha folytatdna Wilhelm Friedrich Hegel (1770-1831) gy gondolta, hogy a blcselet (filozfia) fejldse vget rt, tetztt az letmvvel, miutn az Abszolt szellem megismerte nmagt, s ez az (n)megismers ppen a roppant szerny Hegel koponyjban ment vgbe. Persze Hegel utn volt mg nhny nagy gondolkod, elg, ha Karl Marxot (1818-1883), Friedrich W. Nietzscht (1844-1900), vagy Henri Bergsont (1859-1971) emltem.Viszont ha sikerl bizonytani, hogy tudatunk visszamarad hallunk utn a vkuumban, valamifle lenyomatknt, hogy nllltezsbe kezdjen, s innentl kezdve a transzcendentlis (tl)vilg termszettudomnyos igazolst nyer, st, bizonythat, hogy az srobbans a vilg bibliai teremtsvel azonosthat, akkor fltehetjk a krdst: szksg van-e mg blcseletre? Elvgre ezzel mindent megoldottunk, nemmaradt nyitott vilgnzeti problma, ablcselet trtnete lezrul.Akr gy rzi majd az olvas, akr nem, grem, hogy izgalmas utazs lesz e knyvelolvassa. shacsupnannyi leszazeredmnye, hogyazolvas abbaniselbizonytalanodott, amibeneddigteljesenbizonyosvolt, akkor mr megrte. Tudniillik megrni ezt a knyvet Hogy elolvasni megrte-e? Mrmint az olvasnak? Erre a vgn neki kell vlaszt adnia.Egy ksrlet, amely megvltoztatta kpnket a vilgrlA XIX. szzadi fizika nagy problmja volt a fny termszete. Hogyanlehetaz, hogyafnythatol avkuumon, pldul a vilgr mrhetetlen tern, s ltjuk a csillagok fnyt? Holott a fny hullm, mert hullmtulajdonsgokat mutat, pldul az interferencit, de a hullm mindig valamilyen kzeg rezgse. Mrpedig a vkuumnemkzeg, hanemmagaasemmi, akorabeli, XIX. szzadi fizika llspontja szerint, s ugyebr a semmi nem rezeghet.Bevezettk ht az ter fogalmt, ami egy szuperfinom, srldsmentes, s abszolt mozdulatlan kzeg, valamifle folyadk, vagy 2 Francis Fukuyama: A trtnelem vge s az utols ember. Eurpa K. 1994.7inkbb gznem. Ebben mozognak a bolygk, de mivel szuperfinom, nem srldnak vele, nem fkezdnek le, s nem esnek bele a Napba. Ennek az terkzegnek a rezgse lenne a fny. Egybenmiutnezabszolt mozdulatlankzeg, mindenfajtamozgst hozzlehet viszonytani. Ezegybevgott IsaacNewton(1643-1727)abszolttervelsabszolt idejvel,amelyelgondolsakkor mgmagtl rtetd evidencinak tnt a fizikban. Eszerint a tr egy vgtelen, oldal nlkli doboz, amelyben lteznek az anyagi vilg dolgai, azidpedigatr brmelypontjnmindigugyangy telik. Igen m, de az is ismert volt mr, hogy a fny transzverzlis hullm, amelynek lnyege, hogy a kitrs merleges a terjedsi irnyra. Transzverzlis hullmot akkor kapunk pldul, ha egy madzagot kiktnk valahov, majd a msik vgt megfogjuk, s fl-le rngatjuk. De transzverzlis hullmok csak szilrd kzegben terjedhetnek, gzokban s folyadkokban nem. Mifle szuperfinomkzeg (folyadk, gz?) az, amely ugyanakkor a szilrdsgig kemny?Ahullmokmsikfajtja a longitudinlis hullm, amelygzokbans folyadkokban terjed, s amelynl a kitrs irnya s a halads irnya megegyezik. Vagyis a longitudinlis hullmnl ilyen a hang pldul a levegben srsd s ritkul szakaszok vltjk egymst, s haladnak tova a trben: .... . . . . .. . .. . .. ..Az tert valahogyanszerettkvolnakimutatni, ezrt aztna fizikusok valamifle ksrletet prbltak kitleni. Albert Abraham Michelson (1852-1931, Nobel-dj: 1907) s Edward William Morley (1838-1923) 1887-ben elvgeztk a hres Michelson-Morley ksrletet, amelyhezfoghathatsksrlettalncsakGalileoGalilei(1564-1642)hres szabadess ksrlete volt a XVII. szzad elejn, ha hinni lehet a hagyomnynak, a pisai ferde toronybl. Michelson abbl indult ki,hogy aFld 32km/s sebessggelhalada Nap krli plyjn. Ha egy fnysugarat elindtunk e haladsi irnnyal megegyezen, akkor a fny 300 000 km/s-os sebessghez hozzaddika32km/s, ami ugyankicsi a300 000km-hez kpest, de mr kimutathat. Nemmindegy, hogy valami 300 000 km/s sebessggel, vagy 300 032 km/s sebessggel halad.A sebessg sszeadds jelensgt azzal a pldval rzkelhetjk, hogyha valaki egy 100 km/h sebessggel halad 8vonaton eldob egy labdt elre, mondjuk 10 km/h sebessggel, akkor a labdt, egy tltsen ll megfigyel 110 km/h sebessgnek fogja tallni. Ha a labdt visszafel dobjuk el 10 km/h sebessggel, akkor viszont ez a sebessg levondik, s a labda90km/hsebessggel haladatltsenllmegfigyel szerint a vonat haladsi irnyval megegyez irnyban. Afny esetbenhogyanlehet ezt asebessgklnbsget megmrni? gy, hogy elindtunk egyszerre kt fnysugarat, az egyiket aFldhaladsi irnyval egyezen, amsikat arra merlegesen. A kt fnysugr sebessge kztt 32 km/s lesz a klnbsg. Alegegyszerbb, haegyfnysugarat indtunkel, majd ezt egy fligtereszt tkrrel kettosztjuk, egymsra merleges irnyba vezetjk tkrkkel, majd egyestjk. Miutn eltr lesz a hullmhegyek fzisa az eltr sebessg miatt, az interferencia jelensge segtsgvel ez kimutathat egy n. interferomternek nevezett mszerben. Michelson s Morley elszr belltottk a fnysugarak tjt (a kt interferomter kart) gy, hogyamikor egyestettkakt hullmot jra, akkor nem voltak interferenciacskok. Ezutn 90 fokkal elfordtottk a mszer egyttest, s vrtk, hogy megjelenjenek az interferenciacskok. s most jtt a meglepets: nem jelentek meg a vrt cskok.Nzzk meg ezt egy brn!
9interferom?terI. f?ny?t a/2f?nyforr?st?k?rf?nyforr?sf?lig ?tereszt? t?k?rI. f?ny?t a/2t?k?raaaII.f?ny?t a/2t?vols?g: at?k?rt?k?r1. eseta t?k?r t?vols?ga: aII. f?ny?t a/2interferom?tera2. esetaaa/2a/2Michelson s Morley elfordtottk 90 fokkal az interferomter kart, de nem jelentek meg a vrt interferenciacskok.Ebbl csakis egyvalamirelehetett kvetkeztetni: akt fnysugr sebessge megegyezett egymssal, fggetlenl attl, hogy milyen irnyban haladtak: a Fld haladsi irnyval megegyezen, vagy arra merlegesen. Gondoljunk vissza az emltett vonatlabda ksrletre! Ha kt labdt egyszerre eldobunk 10 km/h sebessggel, de az egyiket ahaladsi irnnyal egyezen(avonat100km/hsebessggel halad), s a msikat a haladsi irnyra merlegesen, akkor az elbbi sebessgt a tltsen ll megfigyel 110 km/h-nak fogja mrni, mg az utbbit csak 10 km/h sebessgnek.Ezt aklasszikus sebessgsszeaddsi elvet nevezzk egybknt els lerjrl Galilei-fle sszeaddsi elvnek, vagy mskppen Galilei-fle relativitsi elvnek.Viszont a Michelson-Morley ksrletbl az kvetkezett, hogy a fnyre nem igaz a Galilei-fle relativitsi elv, vagyis a sebessg sszeaddselve. Afnyaforrsnaksamegfigyelneka mozgstl fggetlenl mindig konstans sebessggel mozog. A 10fizikusok ezt gy mondjk, hogy a fny sebessge minden inerciarendszerben lland. (Az inerciarendszer olyan koordintarendszer, amely vagy nyugalomban van, vagy egyenletes sebessggel egyenesvonal mozgst vgez. Nem inerciarendszer pldul a gyorsul koordintarendszer.)Ezegybenazt isjelentette, hogyel kellett vetni azabszolt mozdulatlan terkzeg ltnek gondolatt. Nincs ter, amelynek rezgseknt rtelmezhetnnk a fnyt!Ezutn kvetkezett a Lorentz-transzformci Hendrik Antoon Lorentztl (1853-1928, Nobel-dj: 1902), aki a Michelson-Morley ksrleteredmnynekkvetkezmnyeit tovbbgondolta. Azt tartotta, hogyafiziknakakt alapvetszubsztancival, az terrel s az rzkelhet anyaggal kell foglalkoznia3. A Lorentz-transzformci az egymshoz kpest mozg inerciarendszerek kztt ltest matematikai kapcsolatot. Kvetkezmnye viszont az, hogyfl kell adni anewtoni abszolt idsabszolt tr fogalmt. Az id s a tr tulajdonsgai fggnek a megfigyel s a megfigyelt objektum egymshoz viszonytott mozgstl. Ez kellemetlenvolt Lorentznekis, mert szerettevolnameg-menteni Isaac Newton (1643-1727) abszolt idejt s tert, de ez egyre kevsb tnt lehetsgesnek. Valjban egszen idig a fizika nhny aximn nyugodott, mg akkor is ha nem mondtk ki ilyen explicit axiomatikus alakban ezeket. (Axima =nembizonythat, de tapasztalati ton elfogadott, vagy elmleti ton kialaktott alapigazsg, amelybl a tbbi szrmaztatott igazsg levezethet. Eukldsz a Krisztus eltti 3. szzadban axiomatikus alapokra ptette fl a geometrit. Bolyai Jnos viszont egyetlen axima megvltoztatsval egy teljesen ms, de az eukldeszivel egyenrang geometrit ptett fl 1823-ban.) Mik voltak a fizika ki nem mondott aximi?1. Atr s az idabszolt, vagyis mindenhol s minden idpillanatban ugyanolyan tulajdonsgokat hordoz, ugyangy viselkedik a fizikai trvnyek szempontjbl. 2. Mindenmozgsegybenabszoltmozgs. Atrabszolt nyugv helyzetbl kvetkezen minden mozgs a mozdulatlan trhez kpest rtelmezhet. Mint emltettem, Newton szerint a vilgegyetemdolgai gy lteznek a trben, mint egyvgtelenkiterjeds, oldal nlkli res dobozban. Mindebbl kvetkezett, hogy a fny is engedelmeskedik e kt 3 Simonyi Kroly: A fizika kultrtrtnete, 4. kiads, Akadmiai K., 1998. 348.o. 11aximnak, vagyis mozgsaabszolt jelleg, ateret kitlt mozdulatlanter rezgseknt ehhez az terhez kpest val mozgst tudjuk rtelmezni. Ezt azonban megcfolta a Michelson-Morley ksrlet.Einstein relativitselmleteEgy elmlet sohasem igazolhat, csak cfolhat. 1905-ben az akkor 26ves Albert Einstein(1879-1955) benyjtotta az Annalen der Physiknek Amozg testek elektrodinamikja c. dolgozatt, amelyet a lap le is kzlt. Ma ezt a specilis relativitselmlet nven ismerjk. Einstein a Michelson-Morley ksrlet eredmnyt s a Lorentz-transzformcit rtelmezve megvltoztatta a fizika fnti kt (nem hivatalos) aximjt, a kvetkezkppen:1. Minden mozgs relatv. Vagyis minden mozgst csak valami ms dologhozviszonytvatudunkrtelmezni. Ezegybenanewtoniabszolt tr fogalmnak elvetst is jelentette. Nincs abszolt tr (mint ahogy nincs az azt kitlt, abszolt nyugv ter sem), amelyhez viszonytva a mozgst abszolt jelleggel tudnnk rtelmezni.2. Afnysebessgemindeninerciarendszerbenlland. Ez viszont azabszolt idfogalmnakfladst jelentette, mert csak gy lehetsges a fnysebessg abszolt jellegt elfogadni, ha flldozzuk az id abszolt jellegnek kpzett. Az id telse fgg a megfigyel sebessgtl. Vegyk szre, hogy az abszolt tr s id fogalma helybe egyjabbabszolt jellegentits lpett: afnysebessge, amelyet a fizikusok c-vel szoktak jellni, mivelhogy ez az abszoltconstans mennyisg a vilgegyetemben. Einstein megvltoztatott egy aximt, mert ennek a rgi aximnak ellent-mondott az empria, vagyis egy konkrt (s persze sokszor s sokfle vltoza-tbanmegismtelt)ksrlet. Demi van, hanemjl rtelmeztkaMichelson-Morley ksrlet eredmnyt? Vagy: e ksrlet eredmnynek vannak (lehetnek!) egymstl eltr, de egymssal egyenrang (!) magyarzatai? Hagyjuk ezt a krdst egyelre nyitva! Ugyanakkor Einsteinnl a fnysebessg kitntetett abban az rtelemben is, hogy ez egyben mindenfajta (ismert!) klcsnhats terjedsnekmaximlis sebessge. Brmilyen klcsnhats (gravitcis, elektromgneses, mechanikus) legfljebb fnysebessggel terjedhet. Nem vletlenl tettem zrjelbe az ismert szcskt! Bizonyos, hogy mr ismernk minden ltez klcsnhatst? Korunk fizikja ngy alapvet klcsnhatst ismer: gravitci, elektromgnesessg, ers klcsnhats 12(magerk) sagyenge klcsnhats.Dene feledjk:Newton korban mg csak a gravitcis klcsnhatst ismertk a ngy kzl, eltte pedig egyiket sem!Dehaettl eltekintnk, vanmgegyrdekesproblma! Minden valamireval fizikaknyv azonnal meg is jegyzi, hogy a klcsnhatsok sebessgnek eme elvi (!) maximuma kvetkeztbenafnysebessgnl nagyobbsebessgnemis ltezhet. Ezakvetkeztets, mintmajdbizonytom, alapvet logikai hiba! Nzzk ugyanis az rvet arra, hogy mirt nemlehetafnysebessgnl nagyobbsebessg?Azrt, mert ha pldul kt rakta a fnysebessgnl nagyobb sebessggel tkzne egymssal, akkor nem lenne id a kztk lev klcsnhats ltrejttre. Hiszen a klcsnhatsok maximum fnysebessggel terjednek.Csakhogynemlehetsges klcsnhatsmentes mozgs? Nemcsak lehetsges, de ismernk is ilyet, kettt is: a szuperfolykonysgot s a szupravezetst. Az abszolt zrusfok kzelbe(2,17Kelvinfokal) lehttt, n. szuperfolykony hliumban a hliumatomok kztt nincs semmilyen klcsnhats, ez a folyadk ellenllsmentesen ramlik, a szupravezetben pedig az raml elektronok s a vezet atomjai kztt nincs klcsnhats! A szupravezetben mirt ne haladhatnaazelektronokramaakr afnynl isnagyobb sebessggel? Hiszen klcsnhatsba nemlpnek a vezet anyagval, brmilyen sebessggel is haladjanak. A szuperfolykony hlumfolyadkban mirt ne haladhatna egymssal szembenkt hliumatomvcegymshoz viszonytott sebessggel? Klcsnhatsba gysem lpnek egymssal! Mr itt az elejn mdostom teht a relativitselmlet azon vlt kvetkez-mnyt, miszerint nem lehetsges a fnysebessgnl nagyobb sebessg. Abbl ugyanis,hogy aklcsnhatsokmaximlis terjedsisebessgeafnysebessg (vigyzzunk, mert ez sem bizonytott!), mg nem kvetkezik, hogy ne lehetne ennl gyorsabbmozgs. Csupnilyenesetbennincs a kt objektumkztt klcsnhats, mert nincs id a klcsnhats ltrejttre. tkzhet egymssal kt rakta, kt lvedk a fnysebessgnl nagyobbsebessggel? Igen, de ekkor nem megy vgbe kztk mechanikai, vagy egyb klcsnhats. Ezek szerint tkznek s mgsem? Valami ilyesmirl van sz! A vlaszt Louis de Broglie anyaghullm elmlete adja!Louis de Broglie anyaghullmai1900decemberbenMaxPlanck(1858-1947, Nobel-dj: 131918) elllt a kvantumelmlettel, amely szerint az energia is tovbb mr nem oszthat, diszkrt rszekbl (rszecskkbl?), kvantumokbl ll. Planck az n.abszolt fekete testsugrzs problmjn tprengett, ami akkor mr rgta a fizika egyik megoldatlan szfinx-talnya volt. A testek ht sugroznak ki magukbl, s sikerlt szrevenni, hogyez ahsugrzs (amelyelektromgneses sugrzs, az infravrs tartomnyban) nemfggatest anyagtl (mibl van, pl. vasbl, paprbl, stb.), hanem csak a testek hmrsklettl. Abszolt fekete testnek olyan testet gondoltak el (a valsgban ilyetnem lehet alkotni), amely az sszes fnyt, ami resik, elnyeli, semmit sem ver vissza. Az ilyen test is sugroz a hmrskleti tartomnybaninfravrssugarakat (ezteht nemvisszavert, kvlrl resfny), deesugrzs spektrumra(frekvencia szerinti megoszlsra) nem sikerlt sszefggst fllltani. Vgl Planck rjtt, hogy a problma gy oldhat csak meg, s nthet egzakt matematikai formba, ha fltesszk: a fekete testbl kilp hmrskleti sugrzs kvantlt, azaz parnyi, tovbb nem oszthat rszecskkbl ll. Sikerlt ismeghatrozniaalegkisebbilyenenergiaadagegysgnekn. hatskvantumt: 6,625 1034 Js. (Js = joule-secundum. AJ az energia mrtkegysge, a Js pedig a hats mrtkegysge. A hatsfontos mennyisg a fizikban, Einsteinpldul agravitcis tr s agravitlanyaghatsnak varicijval pti fl az ltalnos relativitselmlet hres tenzoregyenleteit 1916-ban.)Ezt a 6,625 1034 Js rtket msknt Planck-llandnak is szoktuk nevezni s h-val jelljk. Hasznljk mg a Planck-lland = h/2 vltozatt is, ahol a 2-vel val oszts geometriai megfontolsokbl kvetkezik, pl. mert az atommagkrlkering legkzelebbi elektron plyasugart r = 1-nek, vagyis egysgnyinek vesszk, s gy a Planck-llandt az egysgsugarkrkerletvel (2r, deitt r=1) osztjuk. ABohr-fle plyakivlasztsi szablyrtelmbenazelektronplyasugaracsakisaPlanck-lland () egsz szm tbbszrse lehet.Mindezt csakazrt rtam le,merta laikus olvas gyakran tallkozhat ismeretterjeszt mvekbenazzal, hogy hanyagul hasznljk a Planck-lland jellsre mind a h,mind a jellst, de nem magyarzva meg ezek klnbsgt.Einstein1905-ben, az Annalender Physikbenkzztett cikkben gondolja tovbb Planck lltst: ha az energia diszkrt adagokbankeletkeziks nyeldikel (s hullmknt terjed), akkor ez ll a fnyre is, hiszen a fny is energia. Igen 14egyszer sszefggst llt fl a fny hullmhossza s a fnykvantum tmege kztt. (A fnykvantum, vagy foton nyugalmi tmege ugyan nulla, de nemnyugalmi tmege zrustl klnbz.)
c mh , ahol z hullmhoss , m = foton tmege, c = fnysebessg. Einstein a fnyelektromos hats vizsglata kzben jtt r erre az sszefg-gsre. Egyetlen Nobel-djt egybknt 1921-ben ppen a fotonelmletrt kapta. Brmilyen furcsa, de a relativitselmletet a Nobel-dj odatl bizottsg sohasem tartotta rdemesnek a djra Tudomnytrtnetirdekessg, hogy maga Planck sokig nem volt hajland elfogadni a fotonelmletet, mert , a maga kvantumelmlett nemtartotta valsgnak, hanemcsupn matematikai segdeszkzknt kezelte. Amikor Einsteint a PoroszTudomnyosAkadmiatagsgrajelli nhnyfizikus, Planck kztk van, s szinte mentegeti Einsteint a fotonelmletrt, amely gymond ad abszurdumvitte az kvantumelmlett. 1924-ben valaki tovbblp az ltalnostsban. Louis de Broglie (1892-1981, Nobel-dj: 1929) benyjt egy dolgozatot, amely arrl szl, hogyha a fny egyszerre viselkedik hullmknt (hullm, amikor terjed) s rszecskeknt (rszecskeamikor keletkezik vagy elnyeldik), akkor ezt terjesszk ki minden rszecskre! Legyen az elektron, a proton is (a neutront mg nem ismertk, azt csak 1934-ben fedezi fl James Chadwick) egyszerre rszecske s hullm is. gy ltalnostotta Einstein kplett:v mh , ahol a v = sebessg (c = fnysebessg helybe lp).Ugyancsak tudomnytrtneti rdekessg, hogy Erwin Schrdinger(1887-1961, Nobel-dj: 1933)kapjalektorlsraa dolgozatot, de rrja: zldsg. Ksbb majd lesz, aki a rla elnevezett egyenlet, a hullmmechanika alapegyenlete formjban jelentsen tovbbfejleszti de Broglie elmlett. Nos, de Broglie vad elgondolsa, miszerint valami lehet rszecske is, meg hullmis, hamarosan bizonytst nyert. Egy ClintonJosephDavisson (1881-1958, Nobel-dj:1937)nevfizikusakatdsugrzst(a katdsugr elektronsugr) vizsglta 1926-ban, amikor eltrt az egyik katdsugrcs, s a drga platinakatd oxidldott. Hogy megmentsk, flhevtettk, lecsiszoltk, majdlehtttk. 15Kzben azonban a platina anyaga kristlyoss vlt a h hatsra, s amikor tengedtk rajta az elektronokat, akkor az elektronsugr vratlan meglepetsre interferenciakpet mutatott a jelfog kpernyn. Az elektronok hullmknt viselkedtek.Mamr aziskolsgyerekekistudjk, hogymindenrszecskeegyszerre hullm s rszecske is. Ezt nevezzk rszecskehullm dualitsnak. De hogy is mkdik ez a rszecskehullm dualits? Nos, mi van akkor, ha egy rszecske ll, mozdulatlan? Mozdulatlan hullm ugyebr nincs. Ekkor bizony a rszecskehullm dualits megsznikarszecskecsakrszecskekntviselkedik. Amikor mozgsba jn, akkor jelennek meg a hullmtulajdonsgok. Minl nagyobb a sebessge, annl inkbb viselkedik hullmknt (is). Ahogy nveljk a sebessget, egyre kevsb ltjuk diszkrt rszecskeknt, krlhatrolhatanyagcsomknt, egyreinkbbegysztfolyhullmcsomag-nak ltjuk.A mr emltett Schrdinger-egyenlet megoldsa rtelben a sztfoly hullm-csomagknt rzkelhet rszecskrl csak valsznsgi alapon tudunk valamit mondani, pldul azt, hogy ppen hol van. Ezt gy brzolhatjuk: itt aligitt nagyonitt alig vagyok vagyokvagyok Ha a sebessg kzeledik a fnysebessghez (ezt gy mondjuk, hogy relati-visztikussebessg), akkormraligltunkrszecsketulajdonsgokat, csakegy sztfoly hullmcsomagot.Mi vanakkor, haelrjkafnysebessget?Megsznikaz objektum rszecske lenni, elveszti minden rszecsketulajdonsgt, kizrlag egy sztfoly hullm-csomagg vlik a megfigyel szmra.s ha tllpnk a fnysebessgen? Akkor olyan objektumot ltunk, mint a szuperfolykony hliumfolyadkban a hliumatom: klcsnhatsra kptelen, szlelhetetlen, sztfoly hullmcsomagot.Mi trtnik, ha kt ilyen hullmcsomag tallkozik egymssal? Megnzhetjk a kdban frds kzben is: cspgtessnk kt keznkkel vzcseppeket, s nzzkmeg,hogymilesz, hakthullmfrontavzfelsznntallkozikegy-mssal. Azt fogjuk tapasztalni, hogy thaladnak egymson s folytatjk tjukat, mintha nem is lettek volna egyms szmra. 16 Hateht kt rakta, vagylvedkegymssal tkzikafnysebessgnl nagyobb sebessggel, akkor atomjaik, elektronjaik,protonjaik s neutronjaik gy haladnak t egymson, mint tkz hullmcsomagok: nem zavarjk egyms mozgst, tovbbhaladst.Ltezik teht fnysebessgnl nagyobb sebessg, de ilyenkor nincs klcsn-hats. Egsz vilgokszguldhatnak t rajtunk, anlkl, hogymi ezt szre-vennnk!Relativisztikus tmegnvekeds, iddilatci, hosszkontrakciUgyanakkor az itt lertaknak ellentmondani ltszik az a tny, hogy a rszecs-kegyorstkban (pl. szinkrotronokban) vgzett ksrletekben jl kimutathat az n.relativisztikustmegnvekeds, vagyisahogykzeltjkafnysebessget, gy nvekszik a rszecske tmege, s egyre nagyobb energiabefektetssel egyre kisebbsebessgnvekedst tudunkproduklni. Ezannyiraigaz, hogyafny-sebessget nemsikerl elrni, nemhogy meghaladni a nyugalmi tmeggel rendelkezrszecskkkel, pl. azelektronokkal. gytnik, igaz, hogy a fnysebessget nemtudjk a nyugalmi tmeggel rendelkez objektumok elrni. Jnossy Lajos (1912-1978) s msok is gy gondoljk, hogy a fnysebessg kzelben a rszecske mr klcsn hat (srldik) a vkuummezvel, s ez fkezi t le. Hasonl ez ahhoz, amikor egy replgp megkzelti a levegbena hangsebessget, az sszetorld leveg ellenllsa hirtelen, ugrsszeren megnvekszik, majd a hangsebessget tllpve, jra lecskken. Jnossy szerint hasonl jelensgrl van sz a rszecskegyorstkban is, s egyelre csak gyorstink teljestmnye kevs ahhoz, hogy ttrjk a fnysebessg hatrt. az iddilatcitisezzelmagyarzta,tudniillik,hogy afnysebessg kzelben lelassulnak az rk, lelassulnak a fizikai (kmiai, biolgiai?) folyamatok. Ezt mr bizonytani tudjuk, hogygyvan. Amn, egyelemi rszecske, amelynektmege 207-szer nagyobbaz elektronnl, de tltse megegyezik azzal (az n. leptonok csaldjba tartozik) norml krlmnyek kztt a keletkezse utn milliomod msodperccel elbomlik egy elektronra s egy neutrnra. Akozmikus sugrzs hatsraafelslgkrben keletkeznek mnok, de itt afldfelsznnnemlehetneket detektlni, hiszen mire elrnk a felsznt, elbomlannak. Mgis elrik a felsznt. Ezt a fizikusok azzal magyarzzk, hogy a Fld lgkrbe rkez rszecskeram s a leveg atomjainak tkzsekor keletkez mon relativisztikus sebessggel halad a felszn fel, emiatt az rja lelassul, s lassabban bomlik el, 17mint illene. Jnossy szerint a vkuumkontinuummal val srldsamiatt megnvekszikakzegellenlls, anyoms, s tudjuk, hogy bizonyos bomlsi folyamatok lelassulnak a nyoms nvekedsvel.Jnossy a hosszkontrakcit szintn ezzel magyarzza. A trgyak a relativits-elmlet rtelmben megrvidlnek a fnysebessg kzelben a haladsi irny-ban.Jnossy szerint a vkuumter egyszeren sszenyomja ket.A tr s az id is szemcszettAhogy a tmeggel br anyag, az energia, gy a tr s az id is kvantlt, szemcszett, tovbb nem oszthat diszkrt egysgekbl ll. Van teht tratom s idatom, ha gy tetszik. Az id legkisebb egysge a fizika mai felfogsa szerint a 1024 startomnybaesik, vagyisennl kisebbidegysgnincs. Ahhoz, hogy valami, pl. egy j rszecske keletkezzen legalbb 1024 msodpercre van szksg. Kb. ennyi id alatt teszi meg a fny a proton tmrjnek megfelel tvolsgot. Ennl kisebb idintervallum kevs ahhoz, hogy valami ltrejjjn. A tratom hossza a mai felfogs szerint a 1034 mter nagysgrendjbe esik, ami aprotontmrjnekfelel meg. Nefeledjk, hogy pldul az elektronnak mr nincs (mrhet) trbeli kiterjedse, pontszernek viselkedik a ksrletekben. Atrsidkvantltsgaoldjamega2500vesZenon-paradoxont. A dl-itliaieleaifilozfiaiiskolanagyalakja, Zenon(Kr.e. 490-430) lltotta fl hres paradoxonjait. Arnkkilttnylvesszell nemkell elugranunk, merta nylvessz sohasem tallhat el bennnket. Ugyanis a nylvessz elszr megteszi azt felt, majdamaradkt felt, aztn megint a felt, s gy tovbb, de mindig lesz valamilyen tvolsg, aminek elbb a felt kell megtennie, teht sosem r oda.Zenonazidreisalkalmaztalogikjt. AnylvessznekX idre van szksge, hogy elrjen bennnket. Elszr megteszi ennekaz idnekafelt, aztnamaradkidfelt, s gy tovbb. Mindigleszegyidintervallummg, aminekelbba fele kell, hogy elteljen.Ismert Zenon hres Akhilleusz s a teknsbka futversenye paradoxonja. A gyorslb Akhilleusz ad pr stadion elnyt a teknsbknak s versenyezni kezdenek. Akhilleusznak elbb oda kell rnie ahhoz a ponthoz, ahonnan a teknsbka az imnt mozdult el. Miutn a teknsbka folyamatosan mozog, mindig lesz olyan pont, ahonnan az elbb 18mozdult el, s amit Akhilleusznak elbb el kell rnie, gy sosem ri utol a teknsbkt. Zenon mg folyamatosnak, s vgtelenl oszthatnak hitte az idt s ateret. Haviszont vanidatom s tratom, vagyis legkisebb, tovbbnemoszthatidtartams trrsz, akkor a Zenon-paradoxon megolddott, teht nem paradoxon tbb. Nem vgtelenszer felezhettvolsgsidtartamvlaszt el ben-nnket afelnkkiltt nylvessztl, hanemnagyonisvges, diszkrt, tovbb nemoszthat rszekbl ll idtartams tvolsg. Ezrt mgiscsak javasolhat, hogy ugorjunk el a rnk kiltt nylvessz ell. Ha egy objektum egy msik objektummal a fnysebessgnl nagyobb sebes-sggel tkzik, akkor nem jn ltre kzttk klcsnhats. Ne feledjk el, ha kt aut tkzik, akkor is a kt aut atomjai, st, atomjait alkot mg kisebb rszecski, tulajdonkppen az elektronhjakon lev elektronok lpnek egymssal klcsnhatsba.Szuperfolykonysg s szupravezets 1908-ban Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926, Nobel-dj: 1913) holland fizikus ellltottaafolykonyhliumot 4,2Kelvinfokon. (A Kelvin-skla kezdpontja az abszolt zrusfok, ahol mr az atomok sajtrezgse is megsznik. A Celsius skln -273,16 fok. Lord Kelvin W. Thomson, 1824-1907 vezette be.)Kamerlingh Onnesnek az volt a mnija, hogy mindent lehttt, ami akeze gybekerlt, spedigminl jobban. 1911-ben aztnebbl kt flfedezsisszletett: aszupravezetssa szuperfolykonysg. Az abszolt zrusfok kzelbe lehttt vezetben az ram ellenlls nlkl keringett, vesztesg nlkl. Ha egyszer mkdsbehozzkaz ramkrt, ki is lehetett kapcsolni, az ramvgtelenideigkeringavezetben, mindaddig, amgaz alacsony hmrskletet fnntartjuk. Furcsa, nem? A tmr fmvezet anyaga olyanaz elektronfolyadk szmra, mintha nem lenne, minthamagalenneavkuum. Emlksznkmg, hogyaXIX. szzad ternek milyen kt ellenttes tulajdonsgot kellett volna egyesteni? Abszolt finomnak kellett volna lenni, mert benne a bolygk ellenllsmentesen, srldsmentesen haladnak, s nemlassulnak le, ugyanakkor a szilrdsgig kemnynekkellett volnalennie, mert benneafnytranszverzlishullmknt terjed, mrpedig transzverzlis hullmok csakis szilrd kzegekben terjednek.Az elektronok szmra aszupravezetproduklta az ter ellenttes, egymsnak ellentmond tulajdonsgait!KamerlinghOnnesahliumfolyadkot isprbltatovbb 19hteni, sikerlt islemennie2,17Kfokal, sekkor szintn meglep dolgot tapasztalt: a gzhalmazllapotnl nyolcszzszor srbbhliumfolyadkritkbbkzegknt visel-kedett, mint a nyolcszzszor ritkbb gz, mgpedig vgtelenszer ritkbbnak, olyannak, mint a vkuum, a semmi. A hliumatomok srldsmentesen ramlanak az ilyen folyadkban, sabeljkmertett test isellenllsmentesen mozog benne. Gondoljuk meg, hogyha egy termet megtltnk egy atmoszfra nyoms, szobahmrsklet hliumgzzal, akkor a benne rptetett repl makettet az aerodinamika szablyainak megfelelen kell megterveznnk. Figyelembekell vennnk a lgellenllst, stb.. Ellenben ha a nyolcszzszor srbb szuperfolykony hliummal tltjk meg ugyanezt a termet, akkor nemkell figyelembevennnkazaerodinamika szablyait, brmilyenalakreplszerkezetnkgymozoge kzegben, mintegyrszondaavilgrvkuumban, amaga gas-bogas antennival, szgletes formival. Teht egy, a gznl jval srbb kzeg viselkedik gy, mint a vkuum. Kamerling Onnes nvelte a nyomst, s 26 MPa (MegaPascal)rtkigmegmaradtaszuperfolykonysg. Efltti nyomson a hliummegszilrdult s elvesztette szuperfolykony jellegt. Megint csak emlkeztetnk r, hogy a szuperfolykony hlium mr majdnem produkljaazterellenttestulajdonsgait: egyszerreszilrdsszuperfinom. Annyibancsak majdnem, hogyegyszerresrfolyadksmgis szuperfinom.Hullmterjeds a szuperfolykony hliumbanPjotr Leonyidovics Kapica (1894-1984, Nobel-dj: 1978) foglalkozott sokat a szuperfolykony hlium tanulmnyozsval, e tren elrt eredmnyeirt is kapta a Nobel-djat.4 Legrdekesebbmegfigyelseazvolt, hogyahliumban klnbzsebessghullmokterjedhetnek. Gondoljukmeg, hogy egy adott kzegben a hullm terjedsi sebessge mindig lland. Ami vltozhat, az a hullmhossz (s annak reciproka,a frekvencia, vagyis a rezgsszm), illetve az amplitd, teht a rezgs intenzitsa. Ha suttogunk, vagy kiablunk, a hanghullmnemhalad se gyorsabban se lassabban, csupnazamplitd(kilengs)mrtkevltozik. Hamlyhangon beszlnk, akkor hosszabbak a hanghullmok (kisebb a frekvencia), ha magas hangon, akkor rvidebbek (s nagyobb a frekvencia).Ismert a Doppler-hats5, amikor kzeledik felnk egy vonat, akkor egyre ma-gasabbnak halljuk a fttyszt, mert egyre tbb hanghullm ri el flnk dobhr-4 Lsd: P. Kapica: Ksrlet, elmlet, gyakorlat. Gondolat K. 1982.5 Johann Christian Doppler osztrk fizikusrl (1803-1853).20tyjt egysgnyi id alatt, vagyis nvekszik a frekvencia, cskken a hullmhossz. Amikor tvolodik a vonat, akkor a fttysz egyre mlyl, mert ellenkez folyamatokat tapasztalunk: cskken a rezgsszm, nvekszik a hullmhossz. De a hanghullm sebessge nem vltozik! A fny esetben is ltezik a Doppler-hats. A tvoli galaxisok sebessgt a sznkptartomnyban megfigyelhet Doppler-eltolds segtsgvel tudjuk mrni.Nos, a szuperfolykony hliumviszont nemgy viselkedik, mint a klasszikus kzegek, mert benne klnbz sebessg hullmok terjednek. Ennekamagyarzataaz, hogyaszuperfolykony hliumban eltr energij, mozgsllapot (impulzus) komponenseket tallunk,ugyanis a hliumatomok kztt nem megy vgbe sorozatos tkzsrvn energiakiegyenltds (disszipci), mint a klasszikus gzokban, folyadkokban. gy is tekinthetnk egy vdr szuperfolykony hliumfolyadkra, hogy benne klnbz mozgsllapot (hmrsklet) folyadkok keverednek (persze mindegyik komponens 2,17 K fok alatt van de azon bell eltr lehet a hmrskletk), anlkl, hogy ezek a klnbsgek kiegyenltdnnek. Mindenki ismeri azt a htkznapi jelensget, hogyha meleg s hideg vizet sszentnk, akkor a kt komponens elkeveredik, a hidegebb sszetev melegebb lesz, a meleg sszetev pedig lehl, s kialakul egy kztes, tlaghmrsklet a folyadk minden pontjn azonosnak mrve.A szuperfolykony hliumnl ez nemgy van, nincs kiegyenltds. Vagyis a fl Kelvin fokos komponensek, az egy Kelvin fokos komponensek s a 2 Kelvin fokosak gy keverednek egymssal, hogy ez a klnbsg nem egyenltdik ki. E klnbz hmrsklet, mozgsllapot komponensekben viszont eltr sebessg hullmok terjedhetnek.Mi van, ha a vkuum szuperfolykony?Ttelezzk fl, hogy a vkuum, amelyet a modern fizika nem asemmivelazonost, hanemegynagyoniskonkrtanyagi valsgnak tart, teht egy kzegnek, a szuperfolykony hliumhoz hasonl tulajdonsgokat hordoz! Valszn, hogy az atomos szervezdsi szinthez tartoz hliumcsupn rossz, silny utnzata, rossz modellje a valdi szuperfolykony kzegeknek, amelyek mr nemis atomos szervezdsek, hanemalkotrszecskikszubatomi rszecskk. Egybknta 21peridusosrendszer 92termszeteselemekzl csakegyet, a hliumot lehet szuperfolykony llapotba hozni. Ez a hlium klnsen stabil elektronszerkezetvel kapcsolatos, amely viszont a szintn nagyon stabil magszerkezettel fgg ssze: a hliumatom kt protonbl s kt neutronbl ll. Ezt a vltozatt He4-neknevezzk. Vanegyhromkomponens vltozata is, a He3izotp, amely kt protonbl s csak egy neutronbl ll. Sokig gy hittk, hogy ez a vltozat nem hozhat szuperfolykony llapotba, de azta ennl issikerlt produklni a szuperfolykonysgot, csak mg alacsonyabb hmrskleten. Elszr a He3 szuperfolykonysgaellentmondani ltszottazelmletnek, de ksbb sikerlt a problmt tisztzni. (Errl majd ksbb rszletesen.)Ha a vkuum egy szubatomi sszetevkbl ll szuperfolykony kzeg, akkor mdosul a Michelson-Morley ksrlet eredmnynek rtelmezse. Ugyanis, ha a szuperfolykony kvantumvkuum kontinuumban (amely hmrsklet fggetlenl mindig szuperfolykony) klnbz sebessg hullmok (hullmfrontok) terjedhetnek, akkor Michelson s Morley nem ugyanazokat a hullmokat szlelte az interferomter egyik s msik llsa esetben, hanem teljesen eltr hullmokat. Ha a szuperfolykony kzegben eltr sebessg hullmok terjedhetnek, akkor a hullmoknak nem csupn frekvenciaspektruma (vagy hullmhossz spektruma) van, hanem sebessgspektruma is. A gyorsabb hullmfrontok elre-szaladnak, a lassabbak lemaradnak, a hullmcsomag sztfolyik, mikzben minden sebessgtartomnyban megmarad a frekvenciaspektrum is. Teht az egyes sebessgtartomnybatartozhullmcsomagokonbell eltr frekvencij hullmokat tallunk. Ugyanakkormi(amegfigyel!) mindigcsakaz ppenc 300 000 km/s sebessggel haladhullmfrontokat tudjuk szlelni. Akr szemnk retinahrtyjval, akr mszereinkkel. A c v (sebessg nagyobb, mint fnysebessg) esetben a mr emltett klcsnhatsi idminimummiatt nemalakulhat ki klcsnhats, az ilyen sebessg hullmfrontot teht nem szleljk. A retinnk atomjai krl kering elektronokra az ilyen sebessghullmnemtudhatni. Afnysebessgtl kisebb sebessg hullmfront esetn pedig tl kicsi a hullmfront intenzitsa, egysgnyi id alatti energia-hatsa, ezt ezrt nem szleljk. Hasonlt ez kicsit az infrahanghoz, amit nemhallunk, mert tl alacsonya rezgsszma, illetve az ultrahanghoz, amelyet szintn nem hallunk, mert annak 22meg tl magas a rezgsszma az rzkszerveink szmra. Az elektromgneses hullmoknl is van egy frekvencia-tartomny, amely a lthatfnytartomnyval azonos, s az ez alatti (infravrs) vagyfeletti (ultraibolya) hullmokat nem szleljk. Ugyanez a helyzet a sebessgspektrummal is, azzal a klnbsggel,hogy mszereinkrvnviszont mgiscsaktudomst szereztnka lthatfnytartomnynkvl essugrzsi tartomnyrl is, mg a sebessgspektrum nem csupn rzkszerveinket csapja be, de mszereinket is: a fnysebessgnl kisebb, vagy nagyobbsebessgelektromgneses hullmokat mszereink sem tudjk rzkelni. Ezek ugyanis szuperfolykony hullmknt viselkednek, nem lpnek kapcsolatba a mi vilgunk objektumaival. Michelson s Morley teht sebessgspektrummal is rendelkezfnyhullmokatosztottkett, indtottel egymsra merleges irnyban, majd egyestett jra, de brmely irnyban is ment a fnysugr, az interferomter mindig csak az ppen c sebessg hullmokat tudta szlelni. Ezrt aztn mdostanunk kell Einstein felfogst a ksrlet eredmnyrl:1. Michelson s Morley nem azt bizonytotta, hogy nincs ter, hanem csupn azt, hogy az ter nem klasszikus kzeg, hanem szuperfolykony.2. Afnysebessge mindeninerciarendszerben lland aximt, vagyis a fnysebessg abszolt jellegre vonatkoz aximt mdostanunk kell: csak apontosanc300 000 km/s sebessggel halad fnyhullmok rzkelhetk. Ezrt az rzkelhet fnyhullmok sebessge lland minden inerciarendszerben. Innentl kezdve a relativitselmlet sok kvetkeztetst mdostanunk kell. Newton abszolt tert fladhatjuk, de az abszolt id visszahelyezdik jogaiba, a fnysebessg abszolt volta helybe teht. Az abszolt tr idejt azrt kell fladnunk, mert a teret kifeszt vkuumter nem mozdulatlan, hanem minden irnyban, minden pillanatban mozog, ramlik, klnbz sebessg komponensei formjban. Ms krds az id relativitsa!Nzzkpldul ahresikerparadoxonfeloldst! Einstein elmletertelmbenegyikerpr kt tagjaklnbzkppen regszik, attl fggen, hogy melyik indul rutazsra, relativisztikus (fnysebessghez kzeli) sebessggel, s melyik maraditt aFldn. Azrutasegyvet tlt akozmoszban, visszatr, s dbbenten ltja, hogy ikertestvre viszont 70 vet regedett, mert itt a Fldn sokkal gyorsabban telt az id. Igen m, de a relativitselmlet rtelmben, ha a 23fnysebessghez kzeli sebessg elrse utn egy vig egyenletes sebessggel mozgott az rhaj, akkor mi tekinthetjk az rhajt nyugvnak, s a Fldet tle kzel fnysebessggel tvolodnak. Amozgsugyanisrelatv,sa mi nknynk krdse csupn, hogy mit vlasztunk ki nyugv pontnak, s mit viszonytunk ehhez kpest mozgnak. Akkor viszont mirt nem a Fldn maradt ikertestvr regedett lassabban?Milyen sr az ter(vkuum)?A vkuum energiaeloszlsval kapcsolatban komoly kutatsokat vgzett mr maga Planck is. Arrl van sz, hogy a vkuum egy kbcentimterben mekkora energiasrssg tallhat? A mai fizikaknyvek, pldul Simonyi Kroly A fizika kultrtrtnete6megemltik a vkuum nullponti energijnak krdst, vagyis azt, hogy a vkuum az abszolt zrus fokon is hordoz energit, nem gy mint az atomok, amelyek rezgse az abszolt nulla fokon egyszeren lell.Ez a Heisenberg-fle hatrozatlansgi relcival fgg ssze, amelynek rtelmben nem tudjuk megmondani egyszerre azt, hogy egy elektron ppen hol van s mekkora az impulzusa. Ha az egyikmrs pontossgt javtjuk, romlikamsikmrs pontossga. Ez nemmrmszereink tkletlensgnek az eredmnye, hanem a fizika trvnybl kvetkez tny.Atr egy adott pontjnaz elektromos s amgneses trerssg egyszerre sohasem lehet nulla, mert ha gy lenne, akkor nemrvnyeslneaHeisenberg-fle hatrozatlansgi elv, amely minthangslyoztam - nem holmi spekulci, hanem igazolt termszeti trvny. A tr teht mindig hordoz elektromgneses energit, mindig rezeg, ha gy tetszik, mh az abszolt zrusfokon is. De mekkora intenzitssal rezeg a vkuum? John Archibald Wheeler (1911-), a neves amerikai fizikus s David Joseph Bohm (1917-) kiszmolta: 1044Hertz frekvencival rezeg. Ez annyit jelent, hogy a vkuum tmegsrsge 1094g/cm3. Wheeler s Bohm elszr a vkuum rezgsi energijt szmtottk ki (1044 Hertz frekvencit kaptak), amit az E = mc2kplet segtsgvel tmegre tszmtva jtt ki ez az egszen elkpeszt szm. Annyira elkpeszt, hogy David Bohm szerint a belthat (12-13 millird fnyv sugar) trrszben lev galaxisokban sszesen 1057grammmatria tallhat. Vagyis a vkuum egyetlen kbcentimtere sok-sok nagysgrenddel tbb anyagot 6 Simonyi Kroly: A fizika kultrtrtnete, 4. kiads, Gondolat K. 1996.24tartalmaz, mint a vilgegyetem sszes ismert anyagmennyisge egyttvve. Az atommag srsge ismereteink szerint 1014 g/cm3. Valjban a bennnket alkot, gerjesztett, klcsnhatsra kpes anyag gy merl a szuperfolykony s szupersr vkuumkontinuumba, mint a forrsban lev vzben szll buborkok merlnek e folyadkba. Ritkulsok, negatv szingulartsok vagyunk a vkuum cenjban, s nem srsdsek!Dirac tengere Paul Adrien Dirac (1902-1984, Nobel-dj: 1933) olyan egyenletet keresett, amelytartalmazza a rszecskk kvantlt sajtimpulzus momentumt, vagyis spinjt (perdlett). Kiderlt ugyanis, hogy a legtbb rszecsknek ltezik egyfajta sajt impulzusa is, amit gy lehet rtelmezni, hogy a rszecske, pldul a proton, forog a tengelye krl, mint egy bgcsiga. (A fizikusok azonban nem, szeretik ezt a bgcsiga hasonlatot, mert a szubatomi rszecskk nem foghatk fl parnyi bilirdgolykknt.) Ezazrtkteht aspinazrt kvantlt, mert mindigcsakdiszkrt rtkeket vehet fl, mgpedig a Planck-lland egsz szmtbbszrseit. AspinmegadsakoreltekintnkaPlanck-llandtl, s csak a szorzszmot adjuk meg. A spin lehet negatv, pozitv s nulla.A rszecskknek kt nagy osztlyt klnbztetjk meg a spin szempontjbl: bozonokat s fermionokat.A fermionok spinje fl (1/2), vagy flegsz (1/2 egsz szm tbbszrse): , 1, 2, stb.A bozonok spinje mindig egsz: 0, 1, 2, 3, 4, stb.Abozonokazn. Bose7-Einsteinstatisztiknakengedelmeskednek, mga fermionok a Fermi8-Dirac statisztiknak.Nagyon fontos tny, hogy csak a bozonok hozhatk szuperfolykony llapotba. Az elektronok fermionok, ezrt csak gy alkothatnak szupravezethet kzeget, vagyis szuperfolykony elektronfolyadkot, hogy alacsony hmrskleten prokba szervezdnek (Cooper-prok9), ezltal -es spinjk sszeaddik, s kifel mr 1 spin bozonknt viselkednek.A He4 pldul bozon, de a He3 mr fermion10, ezrt gondot is okozott szuperfolykonysgnak jelentkezse az abszolt zrus fok 7 Sathiendranath Bose (1892-1974) indiai fizikusrl.8Enrico Fermi (1901-1954, Nobel-dj: 1938) olasz atomtudsrl, aki ltrehozta az els mestersges lncreakcit 1942. december 2-n, a chicagi egyetembaseball csarnokban, a Manhattan-program keretben.9Leon N. Cooper (1930- , Nobel-djas: 1972.). John Bardeennel (191908-1991, Nobel-dj: 1956 s 1972) s John Robert Schrifferrel (1931- , Nobel-dj: 1972) egytt adta meg a szupravezets kvantummechanikai elmlett.10 Ugyanis a proton s a neutron is spin fermion. Kt proton s egy neutron spinje sszeaddik: 1 , gy a He 3 kifel fermion.25kzelben. Ksbbkiderlt, hogyaHe3hliumatomokis Cooper-prokat alkotnak, s kifel mr bozonokknt viselkednek. Dirac megoldotta a problmt, tallt egy olyan egyenletet, amely megfelel a relativitselmlet kvetelmnyeinek (relativisztikus), illetve megoldsa kiadja a rszecske spinjt is. Persze ha megoldunk valamit, azonnal j problmt okozunk, a fizikusok ezzel mr gy vannak, s bizony szegny Dirac is gy jrt, mert egyenletnek megoldsa,pontosabban egyiklehetsgesmegoldsanegatvenergit, st, negatv tmeget jelentett. Az elektron kinetikai energijra ugyanis a + mc2 megolds mellett kijtt a m c2 megolds is. Dirac mgsem esett ktsgbe, hanem elllt egy tlettel: vannak negatv energij s tmeg rszecskk (negatv energij szintek), de ezeket nem szleljk, ugyanis a negatv energij szintek a vkuumban hzagmentesen be vannak tltve. Ez lett Dirac tengere a fizikban.VegykszreDirachzagnlkli, szlelhetetlentengeresami ltalunk flttelezett szuperfolykony s szupersr vkuumkontinuum kztti hasonlsgot, analgit! A negatv energia s tmeg kifejezsre pedig az albbi (racionlis) magyarzat adhat: aDirac-tenger komponensei (rszecski)szuperfolykonyak, s hzagmentesen kitltik a teret. Energia befektetssel e tengerbl rszecskk emelhetk ki a vkuum gerjesztse ltal, ezt a fizikusok gyakran tapasztaljk a rszecske gyorst berendezsekben. Amikor kiemelnk egy rszecskt a szuperfolykonyllapotbl, rzkelhetvvlikaszmunkra, ugyanakkor energit kellett befektetnnk. Ez az energia elveszett aszmunkra, minthanegatvenergiaszintet kellett volna kiegyenltennk pozitvra, vagy legalbb nullra. Valjban a negatv energiallapothelyeskifejezseaszuperfolykony llapot, sanegatvenergiamennyisgazapozitvenergiamennyisg, amita szuperfolykony llapotbl val kiemelsre, teht gerjesztsre fordtottunk. Ennekanegatvenerginakatmegrevaltszmtsval, azE=mc2 kplet segtsgvel kapjuk a negatv tmeget, de ez, mint ltjuk, nem fizikai realits, csupn szmtsi segdeszkz, ha gy tetszik. Negatv energij szint = szuperfolykony szint, negatv tmeg = szuperfolykony llapotban lev (klcsnhatni nem tud) rszecske tmege. Dirac az antianyagot is tengere segtsgvellltotta el! Ha a tengerben lyuk keletkezik, az a lyuk viselkedik antirszecskeknt, pldul antielektronknt, vagyis pozitv tlts pozitronknt. Hogyan keletkezik a lyuk? Energia befektets ltal kiragadunk egy rszecskt a kzegbl, pldul egy nagy-26energij gammafoton eltall egy negatv energij (s perszenegatvtlts, teht atltsszempontjbl egszen normlis) elektront, akkor a negatv tmeg (s tlts) elektronbl pozitv tmeg, de tovbbra is negatv elektromos tlts, szlelhetelektronlesz. Ahelynviszontmaradegy lyuk, amit megint pozitv tmeg, de egyben pozitv tlts j rszecskeknt szlelnk, sezapozitron. Ezt nevezzk egybknt prkeltsnek. Ugyanakkor, haegyilyenlyuktallkozikegyelektronnal, akkor az elektron belezuhan a lyukba, elnyeldik benne, mikzben kisugroz kt nagyenergij gammafotont. Azt rzkeljk, hogyeltnikegyelektrons egypozitron, s sugrz energia keletkezik. Ezt nevezzk annihilcinak, vagyis klcsns megsemmislsnek. Mindkt esetben rvnyesl az E = mc2 klasszikus ssze-fggs. Amennyi tmeg megsemmisl annihilcikor, ugyanannyi energinak kell pontosankeletkeznie, samennyi tmegkeletkezikprkeltskor, ugyan-annyi energinakkell megsemmislnie. Mindkt folyamatra van mr bsges bizonytkunk a nagy rszecskegyorstkban vgzett ksrletek rvn.Vegykszre, hogymindenmisztikumeltnikDiracnegatv energij tengerbl, ha azonostjuk egy szuperfolykony kzeggel, amiben persze semmifle negatv energia nincs. Csupn az energiabeviteli s kivteli (tartozik-kvetel) egyenlegben az elszmols miatt negatv mennyisgek (pl. energia) jelennek meg.A klcsnhatsok hidrodinamikai modellje1. Gravitci Pjotr Kapica vizsglta a hliumfolyadk ramlsi tulajdonsgait is. rdekes felismersre jutott. A szuperfolykonysg az egyenletes, vagy kzel egyenletes sebessgesetnmaradfnnaszuperfolykonyhliumban, de ers gyorsulskor megsznik. Ez a helyzet akkor is, ha rvnyeket hozunk ltre a folyadkban. Az rvnyforg(pontosabbankering) mozgs, teht a hliumatomokkrplynkeringenekazrvnymagkrl. Azt mr Galilei is tudta, hogy minden krmozgst fl tudunk bontani egy egyenes vonal egyenletes mozgsra s egy erre merleges gyorsul mozgsra. Laikusok szmra klns lehet (egy fizikusnak viszont termszetes), hogy az egyenletes krmozgs egyben gyorsul mozgs is. A Fld pldul gyorsulva esne a Napfel, hanemlenneegytehetetlensgbl fakadegyenesvonal egyenletesmozgsa, amelynekvektoramindigaplyaadott 27pontjn flvett rint irnyba mutat. Ha hirtelen eltvoltannk a Napot a helyrl, a Fld egyenes vonal plyn, egyenletes sebessggel haladna tovbb. (Ezt nevezzk centrifuglis ernek, az autt a kanyarban ez az er akarja kirepteni. Azt belthatjuk, hogy ez nem valdi er teht.) Ha viszont a Napot a helyn hagyjuk, s a Fld mozgst lltannk meg, akkor a Napba zuhanna. E kt mozgs eredje az ellipszis plya a Nap krl. Az rvnyl hliumfolyadkban az rvnymag krl kering hliumatom ugyanilyen plyn halad: tehetetlensge elrepten onnan, mg ha ezt a tehetetlensgi mozgst meglltannk, belezuhanna az rvnymagba. Kapicamegfigyelte, hogyharvnyeket gerjesztnkahliumfolyadkban, akkor a kisebb trgyakat, paprszeletkt, fadarabot magval ragadja, akr a vz, vagy brmely klasszikus folyadk.Ma mrtudjuk, mirt sznik meg a szuperfolykonysg (klcsnhatsnlkli llapot) smirt lpfl aklcsnhats gyorsul mozgs esetn: megsznik a tr izotrpija. A gyorsul mozgs irnyban srsdik a folyadk, mgtte viszont ritkul a benne halad objektum szempontjbl. Haavkuumszuperfolykony, akkor hasonlanfogviselkedni. rjukle pldul agravitcit egyn. hidrodinamikai modellel! Mr RenDescartes (1596-1650) prblkozott azzal, hogy raml kzeg segtsgvel magyarzza a gravitcit. (Ne feledjk el, mg Newton gravitcielmlete eltt vagyunk!) Szerinte a Nap elnyeli a csillagkzi gzt s port, ami ezrt gyorsulva ramlik fel, magval ragadva a bolygkat.Ksbb is gyakran bukkan fl a hidrodinamikai modell, akr a gravitci, akr az elektromos klcsnhats lersra, j ttekintst ad errl Vlagyimir P. Vizgin A modern gravitcielmlet kialakulsa c. mvben. (Gondolat K. 1989. Ford.: Illy Jzsef.)E modelleknl mindig flmerlt az a problma, hogyha van egy ilyen kzeg, mirt nem srldnak vele a bolygk s mirt nem esnek bele a Napba? Illetve, e kzegnek furcsn kellene viselkednie: a gyorsuls irnyban srldnia kellene a bolygkkal (hiszen magval ragadja ket), de az ellipszis plya rintjnek irnyban mr nem szabadna velk srldni. Vegyk szre, hogy megolddik a problma, ha ez a kzeg (ter?) szuper-folykony! Az ellipszis plyn ugyan nemteljesen egyenletes a bolygk mozgsa, hiszenamikortvolodnakaNaptlakkorlassulnak, amikorviszont kzelednek,akkorgyorsulnak. Azonbanolyankicsi aklnbsg, hogy nyugodtan tekinthetjk kzel egyenletesnek ezt a mozgst. Ugyanakkor a Nap fel raml kzeg ers 28gyorsulsbanvanaNapirnyban, ezrt fllphet amakro-hats. A bolygk teht a haladsi irnyukkal megegyez irnyban nem srldnak a vkuummal, mert kzel egyenletes a sebessgk ebben az irnyban, mg a Nap irnyban mr igen, mert a vkuumter a Nap fel gyorsulva ramlik.Ittnyilvnnemolyanmakroszerkezet(atomos)anyagrl van sz, mint amilyenre Descartes gondolt, hanemsokkal finomabb szerkezet, szubatomi rszecskkbl ll matrirl. (Hogy pontosan mirl, arra vonatkozan mg lesz sz rszletesen.)A kvantumgravitci elmlete szerint a gravitcis klcsnhatst a gravitonok kzvettik, amelyek ugyangy elemi (tovbb nemoszthat) kzvettrszecskk, mint azelektromgnesesklcsnhatst kzvett fotonok. Ezek szerint a szuperfolykony vkuumkontinuumgravitonokbl llhat? Ha az olvasnak ez jutott az eszbe, akkor nagyon is logikusan gondolkodott! A gravitont mg nem sikerlt kimutatni, de ha ltezik, akkor egy 1-es, vagy egy 2-es spin bozon az elmletek szerint.Azt tteleztk fl, Descarteshez hasonlan, hogy a Nap elnyeli ezt a matrit, de amit elnyel, az nem csillagkzi por s gz, hanem az Univerzumot hzagnlkl kitlt(lsd: Diractengere!) szuperfolykony kvantumvkuum, melynek alkotrszecski a gravitonok.TermszetesennemcsakaNapnyeli el ezt azanyagot, kzeget, hanem minden tmeggel br test. Pontosabban a testeket alkot, tmeggel (is) rendel-kez rszecskk, mint a neutron, a proton, stb. Az vitathat (s vitatottis), hogyazelektronnakvan-eolyanrtelembenvett gravitcis tmege, mint a semleges neutronnak, vagy minden megnyilvnulsa (klcsnhatsai) kizrlag az elektromgneses trhez (mezhz) ktik. Azrt nehz ezt eldnteni, mert ha csak az elektromgneses tr hat r, akkor is gy viselkedik, mintha gravitcis tmege lenne, teht pldul tehetetlensggel rendelkezik, s ugyangy energit (elektromos, vagy mgneses energit) kell befektetni, ha gyorstani akarjuk. De az mg nem eldnttt, hogy a tiszta gravitcis er hat-e r!Azelektromgnesessagravitcisklcsnhatskztt hatalmas(1039-szeres!) klnbsg van, ezrt nehz megmondani, hogy van-e egyltaln az elek-tronnak gravitcis vonzsa, illetve hat-e r a gravitcis er. Ha van gravitci vonzereje (is) az elektronnak, az elektromos vonzs tasztermintjra, az akkor is olyanparnyi az elektromos vonz s taszterhz kpest, hogy lehetetlen kimutatni (egyelre legalbbis).Ha a tmeggel rendelkez objektumok elnyelik a 29gravitonokat, akkor a gyorsul gravitonmez mr klcsnhatsba lp ms tmeggel br objektumokkal, kialakul kztk a gravitcis vonzer.Demi lesz afolytonosanelnyeldgravitonokkal? Mr Descartes-nak is gondot okozott vitapartnereivel szemben, hogy mirt nem fvdik fl a Nap, ha ilyen temben nyeli el a csillagkzi port s gzt. Ugyanis a brlk kiszmtottk, hogy olyan intenzitsnak kellene lennie ennek az abszorpcis (elnyel) mechanizmusnak, hogy a Napnak szemmel lthatan fl kellene fvdnia.A krdst akkor lehet megoldani, ha fltesznk egy ellentett mechanizmust is, teht a tmeggel br anyag valamit ki is bocst (emittl) magbl. De mit? Nos, antigravitont! A tmeggel br rszecske, pldul a neutron elnyeli a gravitont, talaktja antigravitonn, s kibocstjaazt. Vagyisatmeggel rendelkezrszecskenem ms, mint a tr gravitontalakt szingulartsa. Gravitont nyel el, antigravitonn alaktja t, s azt kibocstja. Ugyanakkor az antigraviton viszont nemkpes klcsnhatsba lpni a norml anyaggal, szmunkra teljessggel szuperfolykony.Az antianyag fordtva cselekszik: antigravitont abszorbel s norml gravitont emittl.Lpjnkmgtovbbalogikai sorban! Agravitonanorml anyaggal lp klcsnhatsba, mg az antigraviton az antianyaggal, a norml anyag antigravitont emittl (ez klcsnhat az antianyaggal), mg azantianyag norml gravitont emittl, ami viszont anorml anyaggal lp klcsnhatsba. Nem kell bonyolult kpzeler, hogy belssuk: a ktfle matria kztt antigravitcis tasztsnak kell lenni!Tudjuk, hogyltezikazantianyag, vagyismindenismertrszecsknek vanegyanti megfelelje, amelyugyanolyantmeg, mint a norml rszecske, de ellenkez tlts. Pldul a negatv tlts elektronnak az antirszecskje a pozitv tlts pozitron. A tltssel nem rendelkez rszecskknek, pldul a semleges neutronnak szintn van anti prja ugyanakkor. De lltottak mr el antiatomokat is. Az elektromgneses klcsnhatst kzvett foton annyiban klnleges ebbl a szempontbl, hogy nmaga antimegfelelje is egyben. Megoldottukaztarejtlyt, hogyazltalunk ismert Univerzumban mirt nem tallunk a termszetben antianyagot. Azrt, mert az srobbans utn, amikor mg nem volt elektromgneses klcsnhats, csak gravitcis, akkor az anyag s az antianyag klcsnsen kisprte egymst a sajt terbl. Valahol, a lthatr horizontjn tl, messzebb, mint ahov el tudunkltni alegnagyobbtvcsveinkkel, tvolabb, mint 13 30millirdfnyv, tvolodiktlnkegyantianyagvilg, amely taln a mink pontos msa. s ott valahol, az antianyag vilg egyik galaxisban, egycsillagkrlkeringkilencbolyg, saharmadikon most ugyangy olvassa ezt a knyvet kedves olvas, az n antianyag hasonmsa, tkrkpe, mint n most ezt? Ki tudjaTermszetesen az anyag s antianyag klcsnhatsban 1039 nagysgrenddel nagyobb intenzitssal vesz rszt az elektromgneses klcsnhats (vonzs!), mint az antigravitcis taszts. Ezrt nem tudjuk egyelre az antigravitcis tasztst kimutatni. Idnknt beszmolnak ksrletekrl, melyek lltlag cfoljk azantigravitcis tasztst, pldul antiprotonokat elektromosan semleges trben figyeltek meg, s nem tvolodni igyekeztek a Fldgolytl, nem flfel estek, hanem lefel. Egyelre ezek a ksrletek egyltaln nem meggyzk, s fknt nem ismteltk meg ket kell esetszmmal. 2. Elektromgneses klcsnhatsVanvalami kzs, vagylegalbbiskell ilyenneklenni a gravitcibans azelektromos klcsnhatsban, haNewton gravitcis ert ler egyenlete s Coulomb elektromos ertrvnye ilyen ksrteties formai hasonlsgot mutat:F = G 2rM m, ahol F =gravitcis er, m = egyik test tmege, M = msiktesttmege, r = kztk lev tvolsg,G= gravitcis lland=6,671011 s kgm3. (Gmegmutatja, hogyazUniverzum brmely pontjn kt egy kg tmeg test egy mter tvolsgbl mekkora ervel vonzza egymst.)C=tk2rQ q , ahol C=elektromoser, q=egyiktest, vagy rszecske tltse, Q = msik test, vagy rszecske tltse, r = kztk lev tvolsg, k =041 , ahol14 , 3 ,0= a vkuum permittivitsa.A k s G kztt az a lnyegi klnbsg, hogy a G (gravitcis lland) nemkzegfgg, nemfgg az anyagi objektumok minsgtl, mg a k kzegfgg. Viszont vkuumban mindkett ugyangy viselkedik. Lthatjuk, hogy nagyon hasonl a kt er trvny, csak az 31elektromos er lehet negatv s pozitv, ami annyit jelent, hogy lehet vonz s taszt er.Minden okunk megvan, hogy felttelezzk: a kt er azonos, vagy hasonl mechanizmus eredmnyeknt jn ltre. A fizika mai llsa szerint az elektromgneses klcsnhatst a foton kzvetti, amely egyben nmaga antirszecskje is. Ezzel szemben a gravitonnak van tle klnbz antirszecskje. Ezt a kpet ksbb mdostjuk, a foton is klnbzik antirszecskjtl.) A gravitcinl a norml anyag vonzza a norml anyagot s tasztja az antianyagot, mg az elektromos erhatsnl ez fordtva van: az azonos tltsek tasztjk egymst, a klnbz tltsek vonzzk egymst. Vegyk szre, hogy akr a fogalmak tern is kzelthetjk a ktfle klcsnhats rtelmezst egymshoz: beszlhetnk pl. gravitcis tltsrl (ez a tmeg), s elektromos tltsrl. Vagyis az azonos gravitcis tltsek vonzzk egymst, a klnbzk pedig tasztjk.Egyszeren a kt klcsnhatsnl csupn ellenttes a klcsnhatsi mechanizmus termszete. Az elektromos klcsnhats gy megy vgbe, hogy kt elektron kztt n. virtulis fotoncsere trtnik. Avirtulis fotonok longitudinlis hullmknt rtelmezett, kzvetlenl nem kimutathat fotonok. Azrt nevezzk virtulisnak, mert kzvetlenl nemkimutathatk, s csakis a klcsnhats kzvettse a dolguk, nllan nem is lteznek. A mgneses klcsnhatst viszont a vals fotonok kzvettik, amelyek mr transzverzlis hullmknt terjednek,szleljk ket, s nllan is lteznek. Afnybenezekavals fotonoknyilvnulnakmeg rzkszerveink szmra. Az elektromosan tlttt rszecske teht elnyel egy virtulis fotont, s rgtn ki isbocst egyugyanolyat. Deakkor mi aklnbsgapozitvtltssa negatv tlts kztt? Az elnyelt s a kibocstott virtulis foton kztt csakkell lennieklnbsgnek! Vanis! Azelektromos klcsnhatsrt felels virtulis foton nem azonos az antimegfeleljvel, hanemeltrattl, mintagravitonazanti-gravitontl. Erre a hatsmechanizmus alapjn kvetkeztethetnk, hiszen kzvetlenl nem figyelhetjk meg a virtulis fotont.Ezzel szembenamgneses klcsnhatsrt felels vals foton (amit meg tudunk figyelni) mr tnyleg azonos az antimegfeleljvel.Azelektromosklcsnhatsnl fordtott mechanizmust kell fltteleznnk, mint a gravitci esetben. A norml elektromgneses anyag (legyen ez a nega-tv tlts) norml virtulis fotont bocst ki s antifotont nyel el. Emlksznk: a gravitcinl pont fordtva: a norml (gravitcis) anyag norml gravitont 32abszorbel s antigravitont emittl. Azantitlts(elektromgnesesantianyag), amelyetmost apozitvtltssel azonostunk, norml fotont nyel el s antifotont emittl. Itt megint az a helyzet, hogy a norml foton a norml elektromgneses anyaggal (negatv tltssel) tud klcsnhatsba lpni, mg az antifoton az elektromgneses antianyaggal (vagyis a pozitv tltssel).Knny beltni, hogy ezltal a gravitcival ellenttes lesz a klcsnhatsi mechanizmus: a gravitcinl a norml anyag vonzza a norml anyagot, s tasztja az antianyagot, mg az elektromos tlts esetben a norml tlts (negatv tlts) tasztja a norml tltst, mg vonzza az antitltst, vagyis a pozitv tltst.Avkuumnemcsupngravitonokbl ll, hanemfotonokbl is, ektfle leves elkeveredik egymssal, nincs kereszthats kztk. Egyesrszecskkegyszerrekpezikatr (vkuummez) graviton- s fotontalaktszingulartst, ezekarszecskktmeggels tltssel is rendelkeznek. Ilyenpldul aproton. Msrszecskk csakagravitonmeztalaktszingulartsai, vagyis csaktmeggel rendelkeznek, tltssel nem, teht elektromosansemlegesek. Ilyenpldul a neutron.Lehetsges-e olyan rszecske, amely csak a fotonmez talakt szingulartsa, s nincs kapcsolatban a gravitonmezvel? Ha igen, ez azt jelenten, hogy tltssel rendelkezik, de tmeggel nem, s a gravitci nem hat r. Mint emltettem, lehet hogy az elektron ilyen rszecske: nincs gravitcis tmege, csakelektromgneses tmege, vagyis a gravitci nem hat r. Egyelre azonban ez csak hipotzis.Afotonmez kifejezsmagyarzatra szorul.Tapasztalati ton csak olyan fotont ismernk, amely a vkuumban c300 000 km/s sebessggel halad. Nyugv foton, vagy ennl kisebb sebessg foton nem ltezik a fizika mai llspontja szerint.Mdostottuk ezt mr korbban: ltezik a c-tl eltr sebessg foton, de azt nem tudjuk szlelni, abszolt szuperfolykony marad a szmunkra. A c-nl kisebb sebessg (s annl nagyobb sebessg!) fotonok is ott vannak a vkuumban, demi csakaz ppencsebessggel haladt tudjuk szlelni.Avkuumter teht kt komponensbl ll: fotonbl s gravitonbl. A tmeg a gravitonabszorbel s talakt, valamint antigravitont emittl kpessg mrtke, mg a tlts a fotonabszorbel s talakt, valamint antifotont emittl kpessg mrtke. Az A test ktszer akkora tmeg, mint a B, ha A egysgnyi id alatt ktszer annyi gravitont abszorbel, alakt t, s 33negat?v t?lt?se pozit?v t?lt?selektro-m?gneses anyag (negat?v t?lt?s)elektro-m?gneses antianyag (pozit?v t?lt?s)gravit?ci?s anyag gravit?ci?s antianyagt?bblet antibozon az emisszi? miattt?bblet bozon az emisszi? miattgravit?ci?s anyag gravit?ci?s antianyaggravit?ci?s antibozon (antigraviton)gravit?ci?s bozon (graviton)elektrom?gneses bozonelektrom?gneses antibozonantigravitonknt emittl, mint B. Ugyangy: az Atlts ktszer akkor, mintBtlts, ha egysgnyiid alatt ktszerannyi antifotonttudabszorbelni stalaktani, majd norml fotonknt emittlni, mintB.(Ismtlsknt: itt fordtott a mechanizmus: a gravitcinl a norml anyag norml fotont abszorbel, mg az elektromostltsesetbenanorml (negatv) tltsantifotont abszorbel s norml fotont emittl.Nzzk meg ezt egy brn!A gravitomgneses hullm Tudjuk, hogy mozg tlts krl mgneses tr jn ltre. Az 34ramjrtavezetbenazelektronokat asajt mozgsukltal keltettmgnesestrtartjassze.Ha eznem lenne,akkoraz elektronok egymst tasztank ki a vezetbl. Gyorsul tltsrl pedig elektromgneses hullmok vlnak le. 1865-benJames ClerkMaxwell flrtangydifferencilegyenlett, ami egyben a XIX. szzad tudomnyos cscsteljestmnye is egyben, s megteremtette ezltal az elektromgneses trelmletet. Elszr sikerlt egyesteni kt, klnbznek hitt klcsnhatst. Afizikusoknagylmamais az sszes ismert klcsnhats lersa egyetlen egyenletrendszerben.A ngy Maxwell-egyenlet:1. div 4 E, aholE= elektromos tresssg vektora,= 3,14,=elektromos tltssrsg. A div kifejezs a divergencia, vagyis a forrssrsg rvidtse. Az egyenlet szerint az elektromos trerssg forrssrsge a tltssrsggel arnyos. Az elektromos trerssg forrsai teht a tltsek. Ez gy is fordthat, hogy a tltsek elnyelnek s/vagy emittlnak valamit.2. div 0 H, ahol H= a mgneses trerssg vektora. Ez azt jelenti, hogy a mgneses trerssgnek nincs forrsa. A laikus olvas ezen meghkkenhet, de a fizikusok szmra ez magtl rtetd. Hogy mirt, arra a kvetkez egyenlet ad vlaszt.3. rot HtEc (1) 4 j + , ahol megjelenik a rejtlyes sebessg dimenzij c tag, s amelynek a sebessgt is ki lehet szmtani: azonos a fnysebessggel. A j az n. eltolsi ram vektora.A rot kifejezs a rotcit (rotcivektort, vagy rvnyvektort) jelli. A mgneses trerssg a tr (mez, kzeg) rvnylseknt jn ltre, teht nemvalamilyen nyel(abszorbens), vagy kibocst(emittl) objektum gerjeszti. A mgneses trerssg rotcijnak (rvnylsnek) intenzitsa az elektromos trerssg idbeli vltozsnak mrtktl fgg. 4.rot E= tHc 1.Ez az egyenlet azt fejezi ki, hogy a tr adott pontjn az elektromos trerssg rotcija (rvnylse) a mgneses trerssg idbeli vltozsnak intenzitsval arnyos. Vegyk szre, hogy a fizikban hasznlt alapfogalmak, mint a divergencia, a rotci, vagy akr a fluxus implicite egy szuperfolykony mez tulajdonsgait rjk le a matematika 35(vektoranalzis) nyelvn! Mg egy fontos megjegyzs: ha a potencil dimenzijban vgrehajtjuk a megfelel egyszerstseket, akkor sebessg dimenzit kapunk (m/s, mg a trerssg esetben ugyanezt elvgezve gyorsuls dimenzit (m/s2). Mrpedig ha egy szuperfolykony kzeg (mez) egyenletes sebessggel mozog, akkor nincs klcsnhats (nemlp fel er, mg ha a kzeg gyorsul, akkor mr fllp a klcsnhats (megjelenik az er-tr). Magyarn: a klnbz mozgsegyenletek s tregyenletek (pl. Einstein hres tenzoregyenletei) a mez ramlst rjk le.Maxwell teht egyestett kt klcsnhatst: az elektromossgot s a mgnesessget. Mint emltettem, afizikusoknagylmaaNagyEgyests, vagyis minden klcsnhatst egyesteni egyetlen egyenletrendszerben.Albert Einstein (1879-1955) lete felt ennek a problmnak a megoldsval tlttte, teht egyesteni akarta a gravitcis, az elektromgneses, az ers (nukleris) s a gyenge klcsnhatst, m eredmnytelenl. 1949-benaTheNewYorkTimes acmoldalnkzlte Einsteinegyenleteit, amelymegoldottaaNagyegyestst. Nem kellett sok id, hogy fizikustrsai bizonytsk: az egyenletek hibsak, fabatkt sem rnek.Nos, a mozg tmeg krl is hasonl rvnylsnek kell kialakulnia a gravitonmezben, ahogy a mozg tlts is rvnyt (mgneses teret) generl maga krl a fotonmezben. Nevezzk ezt, vagyis a gravitonmez rvnylst gravitomgnesessgnek. Ma mg nem tudjuk kimutatni a ltezst. Gyorsul tmegekrl viszont gravitomgneses hullmoknak kell levlniuk, ezt nevezik hibsan az ismeretterjeszt mvek is gravitcis hullmoknak. Gravitomgneses hullmokrl van sz, vagyis a mechanizmus ugyanaz, mint az elektromgneseshullmok esetben: gyorsul tmegrl vlik le ilyen hullm (ahogy elektromgneses hullm a gyorsul tltsrl). Az elektromgneses hullm az elektromos s a mgneses tr vltakozsa, s e vltakozs trbeli tovaterjedse, mg a gravitomgneses hullm a gravitcis tr s a gravitomgneses tr szablyos vltakozsa s tovaterjedse a trben.Az elektromgneses tr afotonmezhullmzsa, mga gravitomgneses tr a gravitonmez hullmzsa.Az elektromgneses trnl tudjuk, hogy ktflekppen jhetltre a mgneses mez (mgneses trerssg). 1. mozgtlts (ramjrtavezetbenaz ram) mgneses 36teret gerjeszt maga krl,2. azelektromostr(erssg)vltozsaatradottpontjn szintnmgnesesteretgenerl. Ezutbbi mechanizmus teszi lehetv, hogy a tltstl tvol is ltrejjjn mgneses tr, illetve, hogy ltrejhessen elektromgneses hullm. Ugyangy kell elkpzelnnk a gravitomgnesessget:1. mozg tmeg krl alakul ki a gravitontr rvnylseknt,2. a gravitcis tr(erssg) vltozsa gravitomgneses teret generl. Ez utbbi mechanizmus teszi lehetv, hogy gravitomgnesestrjjjnltretmegtl tvol, shogy gravitomgneses hullmok terjedjenek a trben. Agravitomgneses(helytelenl:gravitcis)hullmokatmgnemsikerlt kimutatni, mszereink nem elg rzkenyek hozz. Bolygmret testet kellene erteljesen gyorstani hozz. Abban az esetben, ha a kt klcsnhats, a gravitcis (helyesebben: gravito-mgneses) sazelektromgnesesklcsnhatst azonosmechanizmusalapjn tudjuk magyarzni (kzs hidrodinamikai modell alapjn), akkor a kt klcsnhats egyestse eltt mr nincs akadly, a gravitciegyltalnnemlgkiaklcsnhatsoksorbl, ahogy ma a fizikusok tbbsge vallja. A ngydimenzis tr-id kontinuum szerkezett egy tmeggel s tltssel br objektum szmra egyszerre feszti ki, hatrozza meg a gravitcis s az elektromgneses klcsnhats, vagyis a gravitonmez s a fotonmez. Ha elektromosan semleges az objektum, akkor csak a gravitcis mez(gravitontr) hatrozzamegtr-idszerkezett, vagyis mozgsi plyjt, haelektromosannemsemleges, akkor az elektromgneses mez (fotontr) is.Elvileg elkpzelhet olyan objektum, amelynek nincs gravitcis tmege, csak elektromgneses tltse, mint emltettem, az elektron gy is flfoghat. Ekkor csak az elektromgneses mez hatrozza meg az illet objektum tr-id szerkezett. 3. A magerk s a gyenge klcsnhats De mi van a tbbi, a msik kett alapvet klcsnhatssal: az ers s a gyenge klcsnhatssal? Amagerkrls a radioaktv btabomlsban megnyilvnul gyenge klcsnhatsrl van sz. Az atommagban a protonok s a neutronok kztt a gravitcinl s az elektromgneses klcsnhatsnl jval ersebb klcsnhats mkdik, ez tartja ket egyben a mag terben: a nukleris klcsnhats. Az atommagban egybknt a protonok s a neutronok 37a fnysebessg egyharmadval szguldoznak, teht az atommag belseje nem egy nyugodt, statikus trsg. Vajon egy tmeggel s tltssel is rendelkez proton szmra amagernemveszrszt atr-idszerkezet kialaktsban, ahogy ezt a mai fizika felfogja? Ugyanis a mai fizika azt lltja, hogy a tr-id szerkezetet kizrlag a gravitci hatrozza meg. Mit szlna ehhez egy ers mgneseses, vagy elektromos trben mozg elektron? A protonok kzt a gravitci szinte elenysz az elektromos tasztshozkpest, viszontamagerklegyzikazelektromos tasztst s sszetartjk a protonokat a magban. Akkor a magerk ne vennnek rszt aprotontr-idstruktrjnak kialaktsban az atommag terben? Mrpedig a mai fizika ezt lltja, hiszencsakagravitciveszrsztatr-idszerkezet kialaktsban!Nyugodtan elvethetjk ezt az lltst: az atommag terben a magerk is rszt vesznek, st, e trben k a meghatrozk a nukleonok (protonok s neutronok tr-id struktrjnak meghatrozsban. Ezen kvl valamelyest a gyenge klcsnhats is szerepet jtszik ebben.A magerket hsz vvel ezeltt mg a p-mezonos klcsnhatssal azonostottk, Hideki Yukawa(1907-1981, Nobel-djas: 1949)japnfizikuselmlete nyomn. Yukawaazelektromgneses klcsnhatsban szerepl kzvett rszecske, a foton mintjra bevezetteamagerketkzvetp-mezonfogalmt. Ahogyaz elektromos klcsnhatst a tltsek kztti (virtulis) fotoncsere kzvett, gy a nukleris klcsnhatst a nukleonok kztt a p-mezonok. Sikerlt is kiszmolnia e rszecskk tmegt, tltst, stb. Ksbb meg is talltk a p-mezonokat, vagyahogyrvidebbennevezikket, apionokat. Ap-mezon lehet semleges, negatv s pozitv tlts, s tmeggel rendelkezik. Idkzben rdekes mdon mdosult a magerk elmlete. Az 1960-asvekbenGeorgeZweig(1937-) sMurrayGell-Mann (1929-, Nobel-djas: 1969) elllt a kvarkelmlettel, miszerinta protonokat s a neutronokat is tovbblehet bontani, hrom-hromkvarkot tallunk bennk, amelyeknek az elektromos tltse nem egsz szm. Ezt eleinte akkora rltsgnek tartottk, hogy amikor Zweig jelentkezik egy llsrt egy egyetemre, a tanszkvezet professzor azzal akadlyozza meg kinevezst, hogy aki ilyen sarlatnsgot llt, mint a kvark, az ide nem jhet. Hol van mr ez a professzor, mg a kvarkelmlet ma mr annyira fundamentlis elmlet, hogy nlkle mozdulni sem tudnnak a 38fizikusok. A kvarkelmlet szerint a kvarkok kztt a proton s a neutron belsejben egy jabb kzvett rszecske biztostja a klcsnhatst, a gluon. (Glue = enyv, ragaszt angol szbl.) A gluonos klcsnhats iszonyaners, fllml mindeneddig ismertet, sennekanukleonon(protonon, neutronon)kvlre sugrz, mr ersen legyenglt formja a klasszikus ers (nukleris) klcsnhats, ami sszetartja az atommagban a protonokat s a neutronokat.Hasonlt teht a nukleris klcsnhats az n. van der Waals-fle11 klcsnhatshoz, ami az atomok kztt nyilvnul meg, pontosabban az atomok elektronhjai kztt, azrt, mert az elektronok eloszlsa nemegyenletes a hjakon. Emiatt azelektromosankifelsemlegesatomokkztt isfllpegy gyenge elektromos klcsnhats. De mi legyena gyenge klcsnhatssal, amelyszintnaz atommagban nyilvnul meg, pldul a radioaktv btabomlsban, amelynek sorna semleges neutron egy negatv tlts elektronra s egy pozitv tlts protonra bomlik el, egy neutrn kibocstsa mellett?A gyenge klcsnhats sokkal bonyolultabbnak tnik, mint a gravitcis, az elektromgneses s agluonos, kvarkokkzti klcsnhats. Agraviton, afotonsagluon, vagyisahrom kzvett rszecske elektromosan semleges, tmegk nincs (gravitcisan semleges!), a spinjk (perdletk) 1. Ezzel szemben a gyenge klcsnhatsrt hromolyan rszecske felels, amelyiknek tmege is, tltse is van: az elektromosan tlttt kt tW s a semleges 0Z bozon. Vegyk szre viszont a hasonlsgot a korbbiklasszikus, Yukawa-fle mager modellel! Ott is hromtmeggel s tltssel brkzvettrszecskevolt, ahromp-mezon: az elektromosan tlttt kt t, s a semleges 0.Nagyonsokolyanmozzanatvanagyengeklcsnhats mkdsben, amelyarraakvetkeztetsreengedcsbtani, hogynemnllklcsnhatsrl vansz, hanemamagerk (pontosabbanakvarkokkzti gluonosklcsnhats) egyfajta mgneses ksrjelensgrl. Vagyis a gyenge klcsnhats nem ms, mint a gluontr rvnylse. A mozg kvark a nukleon (protonsneutron) terbenrvnylsbehozzaagluonteret, egyfajtamgnesesjellegjelensgetgenerlva: ezagyenge klcsnhats. Vagyis beszljk az elektromgneses s a gravitomgneses klcsnhatsmintjraazers-mgneses(vagyers-gyenge) 11Jan Diderick van der Waals (1837-1923, Nobel-dj: 1910) holland fizikusrl.39klcsnhatsrl.gy kikszbltk a sorbl kilg hrom tlttt, tmeggel br kzvettt: a kt tW s egy 0Z bozont.gy ngy alapvet klcsnhats helyett marad hrom (gravitcis, elektromos s kvarkok kzti gluonon), s annak a mgneses jelleg ksrje.Valamint hat kzvettrszecske (graviton, foton, gluon, a kt tW s a Z)helyett maradt hrom: graviton, foton s gluon.A magerknl (kvarkok kzti gluonos klcsnhatsnl) ugyanakkor azt ltjuk, hogy eltr mdonmkdik, mint a gravitci s az elektromos klcsnhats, abban az rtelemben, hogycsupnazatommagszkterbenhat. Azatommagon kvl elenyszik. Ennekokrl ksbbrszletesenszlunk, itt csupnannyit jegyznkmeg, hogyamagerket (akvarkok kzti klcsnhatst) kzvett gluonok specilis tulajdonsgaival fgg ssze. Akvarkoknl ugyanis van egy hasonltulajdonsg, mint azelektromostlts(kmagukis rendelkeznek elektromos tltssel), de ez az jabb tulajdonsg, amitszntltsnekhvunk(enneksemmi kzeasznekhez!) kicsit furcsn mkdik: a szn-klcsnhatst kzvett rszecske, a gluon, maga is rendelkezik e szntltssel. Kpzeljk el, ha a foton maga is rendelkezne elektromos tltssel, s ezrt a fotonok is klcsnhatnnak egymssal. Vilgunkban nemlenne fny, nem lennnek rdihullmok, mert az egymssal is klcsnhat fotonok egy zavaros kzeget alkotnnak.A magerknl ez a helyzet: a nukleonok tern kvli trben a gluontr egy zavaros kzeg, amiben nemterjedhetnek a kvarkok kzti klcsnhatsok, mert agluonok egymssal is klcsnhatnak. Brmennyire zavaros is e szempontbl a gluontr, a mi (gerjesztett rszecskkbl ll) vilgunkkal nem lp klcsnhatsba az atommagon kvli trben, tkletesen szuperfolykony a szmunkra, ezrt nem szleljk. De errl a problmrl ksbb mg rszletesen is szlunk a kvantumszn dinamikrl szl rszben.Az elemi rszecskk llatkertje Vilgunk hrom alapvet (fundamentlis) rszecskecsoporttal rhat le: a kvarkokkal, a leptonokkal s a kzvett bozonokkal.Hat kvarkot ismernk, hat leptont, s hat kzvett rszecskt.A kvarkok csoportjai s tulajdonsgai:40Kvark neve jele tmeg MeV tltsspinizospin flavour (z)Down (le) d5-15 -1/3 - 0Up (fl)u 2-8 2/3 0Strange (furcsa)s100-300 -1/30-1Charm (bjos)c 1000-1600 2/3 0 1Bottom (lent)b4100-4500 1/3 0-1Top (fnt) t 1740002/301 A kvarkok hrom elklnl prt alkotnak, ltalban e prok egymssal lpnek klcsnhatsba. Azrt csak ltalban, mert a megfigyelsek szerint az esetek kb. 95 %-ban igaz ez, de van t szzalk flrelps, amikor pl. az u kvark a b kvarkkal lp klcsnhatsba. Az spin azt jelzi, hogy mindegyik kvark fermion. Az izospin hasonl tulajdonsg, mint a spin, de nem azonos vele. Az z, vagy zamat szintn a kvarkok egy klnleges tulajdonsga, ksbb lesz rla sz.A kvarkok a vilg ptkvei, bellk plnek fl az sszetett struktrk, a hadronok (hadrosz grgl = nehz):1. a hromkvarkos barionok. Ide tartoznak a nukleonok: a proton s a neutron.2. a ktkvarkos (pontosabban egy kvarkantikvark prbl ll) mezonok. A fundamentlis (elemi) rszecskk msik kt osztlya, vagyis aleptonoks akzvettbozonoknemvesznekrszt ilyen mdon a vilg felptsben: nem alkotnak sszetett rszecskket. Viszontaleptonokkztartozelektronazatommag krl elektronburkot alkotva, mgis rszt vesz a vilgegyetematomi s molekulris szintjnek felptsben. A leptonok: A leptonok (grg leptosz = knny) hasonlan klnlnek el hrom csoportra, mint a kvarkok:Lepton nevejeletmeg MeV tlts spinElektron e0,512 -1 Elektron neutrn e 000051 , 0 0 Mn 105,66-1 Mn neutrn 27 , 0 0Tauon (tau rszecske) 1777,1 -1 Tau neutrn
31 0 A leptonok is fermionok. Az elektron s az elektron neutrn 41ezek kzl a stabil, amelyek rszt vesznek az Univerzum mkdtetsben, a mn s neutrnja, a tauon s neutrnja instabil rszecskk, klnleges krlmnyek kztt, rszecskk tkzsekorkeletkeznek, shamarelbomlanak. Amn207-szer nagyobbtmeg, mint az elektron, deettl eltekintve egyfajta ris elektronknt viselkedik. Volt egy idszak, amikor a rszecskefizikusok csupn ersen gerjesztett elektronnak tartottk.A klcsnhatsokat kzvett bozonokElszr flvzolom sajt elkpzelsemet e rszecskeosztlyrl, majdpedigleromalogikai levezetste rendszernek.Bozon neve jeleklcsn- generl hatsmechanizmustmegtlts spinVirtulis fotonelektromosnyugv tlts vltoz mgneses tr 0 01Vals foton mgneses mozg tltsvltoz elektromos tr 00 1Virtulis gravitong gravitcinyugv tmeg vltoz gravitomgn. tr00 1Vals graviton g gravito- mozg tmeg mgnesesvltoz gravitcis tr00 1 Virtulis gluon gl ersnyugv kvarkvltoz gyenge trVals gluonglgyengemozg kvark(ers-mgn.)vltoz ers tr 0 0 1 Az 1970-es vek kzepn mg gy nzett ki a klcsnhatsok lersa, vala-mint a klcsnhatst kzvett rszecskk llatkertje:Klcsnhats generlobjektumklcsnhatst kzvett rszecske------------------------------------------------neve tmeg (GeV)tltsspinelektromgnesestltsfoton00 1gravitcis tmeg graviton 00 1ers barion tltsts 0,14 t1, 0142gyengegyenge tltsWts Z 80-90t1, 01 Itt a GeV gigaelektronvoltot, vagyis millird elektronvoltot jelent. Most jl rzkelhet az ers s gyenge klcsnhats kzvett rszecski kzti hasonlsg: a hrom Yukawa-fle p-mezon a magerknl, s a hrom hasonl rszecske, a Wt s Z0 a gyenge klcsnhatsnl. Azonban, mint lthattuk, ma mr a p-mezonos klcsnhatst afizikalomtrba helyezte, amagerkforrsaanukleonok (proton s neutron) belsejben mkd gluonos klcsnhats a hrom kvark kztt. Nzzk a mostani helyzetet, ahogy a mai fizikaknyvek lerjk!Klcsnhatsgenerl objektumklcsnhatst kzvett rszecske neve tmeg (GeV)tltsspinelektromgneses elektromos tlts foton 0 01gravitcistmeg (grav. tlts)graviton 0 01ers bariontlts gluon 0 01gyengegyenge tlts Wt, Z 80-90 t1, 01 Most jl rzkelhet, hogy a gyenge klcsnhats mennyire kilg a sorbl.Nem lehetne-e a kt W bozont s a Z bozont kiiktatni, ahogy a pionokat kiiktattuk mr a magerk lersakor? Fogjuk fl gy, hogy a piontr rvnylse a nukleonon (protonon, vagy a neutronon) bell ugyangy kivetl, ersen legyenglve a nukleonon kvli trbe, mint ahogy akvarkok gluoncserjeknt megvalsul klcsnhats nukleris van der Waals erknt kivetl, s ltrehozza a nukleonok (protonok s neutronok) kzti ers klcsnhatst! ltalban vve is gy gondolkodunk, hogy valamennyi alapvet klcsnhatst fl kell bontani egy alaphatsra, s egy azt ksr mgneses jelleg ksrhatsra.Aklasszikus elektromgneses klcsnhatst a kvantumelektrodinamika ktflefotonnal rjale: avirtulissavalsfotonnal. (Errl bvebbenlsd: FritzschHarald: Kvarkokc. mvt. Gondolat Kiad, Budapest, 1987.)Avirtulisfotonfelelsazelektromosklcsnhatsrt(ezt 43rjk le az n. Feynman-grfok), a vals foton pedig a mgneses klcsnhatsrt. A Feynman-grfokon kt elektron kzti klcsnhats kzvett rszecskje egy virtulis foton. A virtulis foton hullm megfelelje egy longitudinlis hullm. A mgneses klcsnhatsrt a vals foton a felels. A vals foton hullmmegfelelje egy transzverzlis hullm. Ennek ksznhetjk, hogy ltunk. Valjbanamgnesessgnem ms, mint a vals fotontr rvnylse. Ezt fejeziki a msodik Maxwell-egyenlet: divH=0. Amgneses trneknincs forrsa. Csak rotcivektorral rhat le, amit mg a fizikusok is rvnyvektornak neveznek. Ugyangy fl kell bontanunk a gravitcis teret is vals (transzverzlis) s virtulis (longitudinlis) gravitonok terre. gy kapunk egy gravitcis klcsn-hatst, amit avirtulis(longitudinlis)gravitonokkeltenek,s a tmegek kzt hat, valamint egy mgneses jelleg, de a mozg tmegekkel kapcsolatos klcsnhatst, amit a vals (transzverzlis) gravitonok keltenek. Mozg tmegek krl gravitomgneses tr alakul ki, gyorsul tmegekrl pedig gravitomgneses hullmok vlnak le. A mechanizmus ugyanaz teht, mint az elektromgneses trnl. Vgl pedigaz elektromgneses s agravitomgneses klcsnhats mintjra ptjk fl az ers-gyenge (ers-mgneses) klcsnhatst, ahol a gyenge erk nemnll, negyedik klcsnhatst kpeznek, hanem a magerk mgneses ksri. gy a hromalapvet klcsnhats: a gravitci, az elektromossg s az ers klcsnhats. Ezeknek pedig mindnek van egy mgneses ksrje, amely az adott tr (mez) rvnylsvel kapcsolatos. Klns, hogy a fizikusok eddig mg nem gondoltak az ers s agyengeklcsnhats hasonlalapontrtnegyestsre, egy ers-gyenge (ers-mgneses) tr formjban.A virtulis rszecskkA virtulis rszecskk a nevkbl kvetkezen, olyan szellemrszecskk, amelyeksegtsgvel afizikusoklernak bizonyos folyamatokat, de mg senki nem ltta ket. Sok fizikus affle matematikai segdeszkzknt is kezeli ezeket, nem tartva teht valban ltez objektumoknak. A virtulis rszecskk valjban ltez objektumok, csak szuperfolykony llapotban vegetlnak a vkuumban, belesimulva abba, s nem lpnek klcsnhatsba a hagyomnyos rtelemben vett anyaggal. A virtulis rszecskk teht szuperfolykony llapotban lev, klcsnhatsra kptelen 44rszecskk. Amennyiben fermionok, ugyanolyan Cooper-prokat alkotnak, akr a szupravezetben az elektronok. Az ilyen Cooper-prok kifel mr bozonokknt viselkednek, hiszen a fermionpr spinjei sszeaddnak egsz szmm. Abozonok pedig szuperfolykony llapotba hozhatk nagyon alacsony energiaszinten. Energiabefektetshatsraviszont eCooper-prok sztszakadnak, s a keletkez fermionok mr klcsnhat llapotba kerlhetnek s megnyilvnulhatnak.Avals fotonok a mgneses klcsnhatst kzvettik, transzverzlis hullmkntterjednek. Rluktudjuk, hogyvalbanlteznek. A Feynman-grfokbanszerepl,s a tltsekkztti elektromos klcsnhatst kzvettvirtulisfotonokviszont longitudinlis hullmokknt rhatk le, s sok fizikus nem tartja ket valsgosan ltez objektumnak. De azrt mi fogadjuk el ket a rszecskevilg teljes jog polgrainak! Avkuumkontinuumegyrszt szuperfolykony, teht bennelongitudinlis hullmok terjednek, mint brmely folyadkban, vagy gzban, msrszt viszont ugyanez a vkuum egy szupersr egykristly, amelyben transzverzlis hullmokterjednek. A szuperfolykonysg lehetv teszi e kt fizikai llapot egyestst!Aklnbzvkuumhullmok, pldul azelektromgneses hullmok, a transzverzlis s longitudinlis hullmcsomagok szablyos vltakozsai s tovaterjedsei a trben. Msknt fogalmazva a fny a szuperfolykonys nemszuperfolykonyllapotok, vagyisaklcsnhats nem klcsnhat llapotok szablyos vltakozsa s tovaterjedse a trben. Vgezetl rjuk fl az sszes fundamentlis rszecskk llatkertjt, a kl-csnhatsokkal egytt! Kvarkok leptonok kzvett rszecskk klcsnhatsok Uelektron virtulis fotonelektromos Delektronneutrnvals foton mgnesesCmn virtulis graviton gravitcisSmnneutrnvals gravitongravitomgneses T taurszecske (tauon)virtulis gluoners Btauneutrnvals gluoners-mgneses (gyenge)Lthat a szp kvark lepton kzvett rszecske klcsnhats szimmetria! Vanhatkvarkunk(shatantikvarkunk), hatleptonunk(s ezekantiprjai), valamint hat kzvettrszecsknk, sezek 45antiprjai. Ugyanakkor mind a kvarkok, mind a leptonok, mind a kzvett rszecskk prokba szervezdnek. Kvarkoknl pldul: u-d, c-s s t-b prok. Aleptonoksakzvettrszecskkisprokatalkotnak, mint ahogy az alapvet klcsnhatsok is.Ez gy eszttikus, szimmetrikus! Termszetesen nemcsupn eszttikai megfontolsok szlnak amellett, hogy a gyenge klcsnhatst kezeljkazersklcsnhatsmgnesesksrjeknt, hanem mindaz a megfontols, amit mr flsoroltam. Kvantumszn dinamika: QCD (Quantum Cromo Dynamics)Kvarkok s gluonokMost pedigmerljnkelakvarkokkzttigluonosklcsnhatsokat ler kvantum-szn-dinamikban (quantum-kromo-dynamics, vagyis QCD). Ahat kvarkrendelkezikelektromostltssel, mgpedignemegsztltssel, hanem trt rsznyi tltssel.Ezenkvl akvarkoknaktmegkisvan. Ezazonbancsupnhipotetikus (szmolsi)tmeg, akvarkoktmegneksszegeadjakiahadron(hrom-kvarkos barion s ktkvarkos mezon) tmegt. Mr emltettem, hogy ha ltezik szabadkvark, annaka tmege sokszorosa (tizentszrse) a protonnak. A hromkvark egyttes tmege amagfizikban jlismert tmegdeffektus miatt kisebb, mint a proton tmege. A kvarkok tmegnek nagyobbik rsze ugyanis ktsi energiv alakul t az E = mc2 kpletnek megfelelen. Lthattuk, hogy az atommag tmege is kevesebb, mint az t alkot nukleonoktmegneksszege. AzE=mc2sszefggsnek megfelelen a protonok s neutronoktmegnekegyrszea kztklevktsi energivalakul t. Ugyangy, akvarkok kzti ktsi energia viszi el a kvarkok tmegnek nagy rszt.A kvarkok ze, zamataA barionok a hromkvarkos hadronok, vagyis nehz rszecskk. Ide tartoz-nakaz atommag alkotk,tehtanukleonok:aproton s a neutron.Aproton kvark konfigurcija: udd. Vagyis egy up kvarkbl s kt down kvarkbl ll. A neutron kvark konfigurcija:uud. Vagyis ktup kvarkbl s egy down kvarkbl pl fl. Akvarkokegyiklnyegi tulajdonsga, attribtumaazn.z, vagyzamat, angolul flavour. E tulajdonsguk vltozsval a kvarkok egymsba alakulhatnak t. Pldul u kvark talakul d kvarkk, s ezt nevezzk gy, hogy megvltozik a zamata. Mindenilyenzamatvltozstegygluonosklcsnhats idz el. Tulajdonkppen ez a gyenge klcsnhats megnyilvnulsa. A gyenge klcsnhats a kvark zamatra, zre hat, azt vltoztatja meg. 46A semleges neutron protonra ?sEquation.3 01050000020000000b0000004571756174696f6e2e33000000000000000000000c0000d0cf11e0a1b11ae1000000000000000000000000000000003e000300feff0900060000000000000000000000010000000100000000000000001000000200000001000000feffffff0000000000000000fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffdffffff04000000fefffffffefffffffeffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff52006f006f007400200045006e00740072007900000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000016000500ffffffffffffffff0200000002ce020000000000c0000000000000460000000000000000000000006044afbde51bc80103000000400100000000000001004f006c00650000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a000201ffffffffffffffffffffffff000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001400000000000000010043006f006d0070004f0062006a00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000120002010100000003000000ffffffff00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000000660000000000000003004f0062006a0049006e0066006f0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000012000201ffffffff04000000ffffffff000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000030000000600000000000000feffffff02000000fefffffffefffffffeffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff010000020800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100feff030a0000ffffffff02ce020000000000c000000000000046170000004d6963726f736f667420456779656e6c657420332e30000c0000004453204571756174696f6e000b0000004571756174696f6e2e3300f439b2710000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003000400000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001c00000002008bc11a00000000000000884b1600bc7d160000000000030101030a0a0112835700030f00000b11010286122200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000004500710075006100740069006f006e0020004e0061007400690076006500000000000000000
