211service.com
Gravitation, kvantobjekt och brott mot ekvivalensprincipen
Hur reagerar kvantobjekt på gravitationen? Det verkar vara en tillräckligt enkel fråga och ändå en som får teoretiker att klia sig i huvudet. Och så borde det. Analysen hittills antyder att kvantobjekt bryter mot den grundläggande idén att gravitations- och tröghetsmassa är samma sak, en idé som kallas ekvivalensprincipen.
Här är tänkandet som lagts fram idag av Timir Datta vid University of South Carolina och kompisen Ming Yin: Under 1900-talets andra decennium började en grupp på Caltech pussla över tröghetsegenskaperna hos elektroner i ledare. De hävdade att den bakre änden av en accelererande metallstav skulle vara negativt laddad eftersom elektronerna skulle släpa efter det ledande gittret när det accelererade. Likaså antog de att omkretsen av en roterande skiva också skulle vara negativt laddad med elektroner som slungades in i periferin.
Genom denna analys är effekten av en linjär eller radiell acceleration på en kvantvätska densamma som den är på en newtonsk vätska, som vatten i en snurrande hink. Richard Tolman och andra påstod sig till och med ha mätt denna laddningsuppbyggnad.
Men enligt ekvivalensprincipen, om en acceleration kan ha denna effekt på elektroner, så kan också ett gravitationsfält.
Här blir det lite mer komplext. Att beräkna jämvikten som uppstår när gravitationen verkar på en solid kristall fylld med ledande elektroner är ingen lätt uppgift.
Det visar sig att om kristallen är stel, drar gravitationen elektronerna nedåt, vilket skapar en liten uppbyggnad av negativ laddning i botten av kristallen och ett litet elektriskt fält som pekar nedåt. Det är precis som likvärdighetsprincipen innebär.
Om kristallen är deformerbar har gravitationen en större effekt på gittret än på elektronerna. I detta fall komprimerar tyngdkraften gittret, vilket skapar en positiv laddningstäthet mot botten av ledaren. Nu är det elektriska fältet flera storleksordningar större och pekar i motsatt riktning.
Det är ett oroande resultat eftersom det betyder att det borde vara möjligt att se skillnaden mellan en tröghetsacceleration och en gravitationsacceleration genom att mäta riktningen för det elektriska fältet som byggs upp. Och enligt allmän relativitet är det inte möjligt. Allmän relativitetsteori, en av hörnstenarna i modern fysik, kan väl inte ha fel på denna punkt. Så vad har gått fel?
En uppenbar fråga som är obesvarad (åtminstone av Datta och Yin) är varför en tröghetsacceleration inte komprimerar kristallgittret på samma sätt som ett gravitationsfält, vilket skapar samma typ av positiv laddningstäthet.
Mätningarna gjorda av Tolman och andra tyder på att denna typ av kompression inte förekommer.
Om inte måtten är fel. Kan det vara så att denna gåta bara uppstår på grund av ett fåtal felaktiga mätningar?
Om så är fallet kanske det är dags för någon att prova dem igen.
Ref: arxiv.org/abs/0908.3885 : Bryter kvantsystem mot ekvivalensprincipen?