211service.com
Ny kvanteteori adskiller gravitations- og inertimasse
Ækvivalensprincippet er en af de mere fascinerende ideer i moderne videnskab. Den hævder, at gravitationsmasse og inertimasse er identiske. Einstein udtrykte det sådan: den tyngdekraft, vi oplever på Jorden, er identisk med den kraft, vi ville opleve, hvis vi sad i et rumskib, der accelererede med 1g. Newton kunne have sagt, at m i F=ma er det samme som ms i F=Gm1m2/r^2.
Dette virker yderst fornuftigt. Og dog er det ikke mere end en påstand. Selvfølgelig kan vi måle ækvivalensen med stadig større nøjagtighed, men der er intet, der forhindrer os i at tro, at forholdet på et tidspunkt vil bryde sammen. Faktisk forudsiger adskillige modifikationer af relativitetsteorien, at den vil.
Et vigtigt spørgsmål er, hvad kvantemekanikken har at sige om sagen. Men fysikere har hidtil ikke været i stand til at bruge kvanteteori som en løftestang til at pirre opførslen af inerti- og gravitationsmasse.
Alt det ændrer sig i dag med det ekstraordinære arbejde af Endre Kajari ved universitetet i Ulm i Tyskland og et par venner. De viser, hvordan det er muligt at skabe situationer i kvanteverdenen, hvor virkningerne af inerti- og gravitationsmasse må være forskellige. Faktisk viser de, at disse forskelle kan være vilkårligt store.
Deres tænkning begynder med at påpege den vigtige sondring mellem kinematik, som udelukkende handler om bevægelse og ikke hvordan den opstår, og dynamik, der fokuserer på bevægelsens oprindelse. I den klassiske verden har dette ingen betydning for virkningerne af inerti- og gravitationsmasse.
I kvanteverdenen har den måde, hvorpå stater forberedes, enorm betydning. De påpeger for eksempel, at bølgefunktionen af en partikel i en kasse slet ikke afhænger af massen, hvorimod energibølgefunktionen af en harmonisk oscillator afhænger af kvadratroden af massen.
Det fører til en interessant idé: at det er muligt at skabe kombinationer af gravitations- og elektromagnetiske bokse og oscillatorer, hvor inerti- og gravitationsmasse spiller forskellige roller.
Det viser sig, at fysikere allerede leger med præcis denne form for opsætning: den såkaldte atomtrampolin, hvor en stofbølge falder under påvirkning af tyngdekraften, men bliver kastet af en elektromagnetisk kraft. De beregner, at atomets energiegenværdier er proportionale med (gravitationsmassen)^2/3 men med (inertialmassen)^-1/3.
Det er et fantastisk resultat. Den slags energispektroskopi af atomer eller Bose Einstein-kondensater, der kan se denne forskel, burde være opnåelig, hvis ikke nu, så meget snart inden for de næste par år.
Hvis de lykkes, vil disse former for undersøgelser give en helt ny måde at studere massens natur og, måske endnu vigtigere, til at undersøge det forvirrende forhold mellem generel relativitetsteori og kvantemekanik.
For eksempel vil kosmologer gerne vide, hvordan inerti- og gravitationsmasse opfører sig under de mest ekstreme forhold i universet, såsom inde i sorte huller.
Det lover nogle spændende år forude.
Ref: arxiv.org/abs/1006.1988 : Inerti- og gravitationsmasse i kvantemekanik