211service.com
Tyngdekraft, kvanteobjekter og overtrædelser af ækvivalensprincippet
Hvordan reagerer kvanteobjekter på tyngdekraften? Det virker som et simpelt nok spørgsmål og alligevel et, der får teoretikere til at klø sig i hovedet. Og det burde det altså. Analysen til dato indebærer, at kvanteobjekter krænker den grundlæggende idé om, at gravitations- og inertimasse er den samme ting, en idé kendt som ækvivalensprincippet.
Her er tankegangen, som den er lagt i dag af Timir Datta ved University of South Carolina og kammeraten Ming Yin: I det andet årti af det 20. århundrede begyndte en gruppe på Caltech at pusle over elektronernes inertiegenskaber i ledere. De hævdede, at den bagerste ende af en accelererende metalstang ville være negativt ladet, fordi elektronerne ville halte bagefter det ledende gitter, når det accelererede. Ligeledes formodede de, at omkredsen af en roterende skive også ville være negativt ladet med elektroner slynget ind i periferien.
Ved denne analyse er effekten af en lineær eller radial acceleration på en kvantevæske den samme, som den er på en newtonsk væske, som vand i en spindende spand. Richard Tolman og andre hævdede endda at have målt denne opbygning af ladning.
Men ifølge ækvivalensprincippet, hvis en acceleration kan have denne effekt på elektroner, så kan et gravitationsfelt også.
Her bliver tingene lidt mere komplekse. At beregne ligevægten, der opstår, når tyngdekraften virker på en fast krystal fyldt med ledende elektroner, er ingen nem opgave.
Det viser sig, at hvis krystallen er stiv, trækker tyngdekraften elektronerne nedad, hvilket skaber en lille opbygning af negativ ladning i bunden af krystallen og et lille elektrisk felt, der peger nedad. Det er præcis som ækvivalensprincippet indebærer.
Hvis krystallen er deformerbar, har tyngdekraften en større effekt på gitteret, end den gør på elektronerne. I dette tilfælde komprimerer tyngdekraften gitteret, hvilket skaber en positiv ladningstæthed mod bunden af lederen. Nu er det elektriske felt flere størrelsesordener større og peger i den modsatte retning.
Det er et bekymrende resultat, fordi det betyder, at det burde være muligt at kende forskel på en inertiacceleration og en gravitationsacceleration ved at måle retningen af det elektriske felt, der opbygges. Og ifølge den generelle relativitetsteori er det ikke muligt. Den generelle relativitetsteori, en af hjørnestenene i moderne fysik, kan helt sikkert ikke tage fejl på dette punkt. Så hvad er gået galt?
Et åbenlyst spørgsmål, der er ubesvaret (i det mindste af Datta og Yin) er, hvorfor en inertiacceleration ikke komprimerer krystalgitteret på samme måde som et gravitationsfelt, hvilket skaber den samme slags positiv ladningstæthed.
Målingerne foretaget af Tolman og andre tyder på, at denne form for kompression ikke forekommer.
Medmindre målene er forkerte. Kan det være, at denne gåde kun opstår på grund af nogle få fejlagtige målinger?
Hvis ja, er det måske på tide, at nogen prøver dem igen.
Ref: arxiv.org/abs/0908.3885 : Bryder kvantesystemer ækvivalensprincippet?