Dnes se budu v Populárně naučném koutku věnovat gravitaci. Současná fyzika rozeznává čtyři elementární interakce: gravitační, elektromagnetickou, silnou a slabou. První dvě mají neomezený dosah, druhé dvě působí pouze na jaderné úrovni. Už několikrát jsem tady psal, že gravitace není elementární interakce, ale je to statistický výsledek jiné či jiných elementárních interakcí. Jak těch tří, anebo jiných, o kterých nevíme. Elementární interakce jsou popisovány s pomocí polních částic. Polní částicí například elektromagnetické interakce je foton. Něco podobného platí u silné a slabé interakce. V těchto třech případech se dají polní částice experimentálně dokázat. To však neplatí u gravitace, která by měla být zprostředkována dosud hypotetickým gravitonem. Představa že gravitace není elementární interakce, mě napadla zcela nezávisle. Teprve teď jsem se dozvěděl, že existuje hypotéza o tzv. entropické gravitaci, která směřuje v podstatě ke stejnému závěru, k jakému jsem dospěl zcela samostatně.
Lucifer
Myšlenka emergentní gravitace je stále nová a vyžaduje mnoho předpokladů při výpočtech, aby mohla fungovat. Pokud by však experimentální důkazy někdy prokázaly její reálnost, museli bychom zcela přepsat fyzikální zákony.
V roce 2009 navrhl teoretický fyzik Erik Verlinde radikální reformulace gravitace. Podle jeho teorie není gravitace základní silou, ale spíše projevem hlubších skrytých procesů. Za 15 let, které od té doby uplynuly, se však pro tuto myšlenku nenašlo mnoho experimentální podpory. Kam se tedy vydáme dál?
Emergence je běžná v celé fyzice. Například vlastnost teploty není vlastní vlastností plynů. Místo toho je emergentním výsledkem nesčetných mikroskopických srážek. Máme nástroje, jak tyto mikroskopické srážky přiřadit k teplotě; ve skutečnosti existuje celé odvětví fyziky, známé jako statistická mechanika, které tyto souvislosti zná.
V jiných oblastech nejsou souvislosti mezi mikroskopickým chováním a emergentními vlastnostmi tak jasné. Například zatímco rozumíme jednoduchým mechanismům, které stojí za supravodivostí, nevíme, jak mikroskopické interakce vedou ke vzniku vysokoteplotních supravodičů.
Verlindeho teorie vychází z pozorování Stephena Hawkinga a Jacoba Bekensteina ze 70. let 20. století: Mnoho vlastností černých děr lze vyjádřit termodynamickými zákony. Zákony termodynamiky jsou však samy o sobě emergentní z mikroskopických procesů. Pro Verlinda to bylo více než pouhá náhoda a naznačovalo to, že to, co vnímáme jako gravitaci, může vznikat z nějakého hlubšího fyzikálního procesu.
V roce 2009 zveřejnil první verzi své teorie. Podstatné je, že nepotřebujeme vědět, jaké jsou tyto hlubší procesy, protože již máme sadu nástrojů – statistickou mechaniku – pro popis emergentních vlastností. Verlinde tedy tyto techniky aplikoval na gravitaci a dospěl k alternativní formulaci gravitace. A protože gravitace je také spojena s našimi pojmy pohybu, setrvačnosti, prostoru a času, znamená to, že celý náš vesmír je také emergentní ze stejných hlubších procesů.
Zpočátku z toho nic moc nebylo; přepsání známého fyzikálního zákona je sice zajímavé, ale nemusí nutně přinést hlubší poznatky. V roce 2016 však Verlinde svou teorii rozšířil o objev, že vesmír obsahující temnou energii přirozeně vede k nové emergentní vlastnosti prostoru, a umožňuje mu tak tlačit na sebe v oblastech s nízkou hustotou.
Zdroj: Live Science, 'Emergent gravity' could force us to rewrite the laws of physics
Můj komentář
Nemám k tomu co dodat. Svůj názor jsem napsal v perexu.
Snad jenom tohle: U zrodu klasické fyziky byl Isaac Newton. Zformuloval tři základní zákony mechaniky a k tomu přidal rovnici pro gravitační sílu. Albert Einstein tu rovnici později poopravil na základě obecné teorie relativity, která vycházela z matematického modelu zakřivení čtyřrozměrného časoprostoru. Podstata gravitace však ani v tomto případě nebyla odhalena.
20.03.2024, 12:20:26 Publikoval Luciferkomentářů: 0