PG írta:
> Viszotn vannak olyan elemi reszecskek amiknek nincs tomeguk (ezert a gravitacio nem hat rajuk?),
> ezak akkor onnan nem szabadulnak ki?
Ahogy VD is megírta, ugyanerre a kérdésre már feleltem június 2-én (a 11. lap alján található). Azért szögezzük le még egyszer: a gravitációs hatás NEM az objektumok (nyugalmi) tömegéhez kapcsolódik, hanem több más tulajdonságukhoz együtt: pontszerű részecskék esetén ezek az energia és az impulzus. (Persze ugyanezekből az adatokból a nyugalmi tömeg is kiszámítható.) A gravitáció tehát a fotonra (és más nulla tömegű részecskére) is hat, ezek sem szabadulhatnak ki a fekete lyukból.
VD írta:
> Úgy kell elképzelni hogy van egy össz. nyugalmi tömeg az együttes kölcsönhatásból,
> és ez az egyes részecskék között - ezek szerint igazságtalanul (mivel szegény fotonnak
> nem jut semmi) - megoszlik? Mi lenne a következménye annak ha a foton ebből a közös
> játékból is kimaradna?
Majdnem jó! Az a difi, hogy nem a tömegek összegén kell osztozni, hanem a tömegek négyzetének összegén...
A részletek persze csak sok matekkal, csoportelmélettel írhatók le, de egy viszonylag egyszerű hasonlat talán segít.
Úgy kell kezdeni, hogy az elektrogyenge elméletben (ez az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás egyesített kvantumtérelmélete) önmagában nincs is olyan, hogy "foton". Van egy "közvetítő részecske", amely az egyéb részecskék közötti kölcsönhatásokat közvetíti. (Az egyéb szereplő részecskék feles spinűek, azaz fermionok, és ők alkotják a szokásos anyag építőköveit: kvarkok és elektronok, no meg neutrínó. Ezért úgy is szoktak hivatkozni rájuk, hogy "konstituens", azaz "építőkő" fermionok. A közvetítő részecske egyes spinű, ezért bozon, így "közvetítő bozon" néven is szerepel.
Nos e közvetítő objektum matematikai leírását úgy lehetne elképzelni, mint egy négydimenziós vektort. Mivel ezt nem tudjuk elképzelni, egyelőre gondoljunk egy háromdimenziós vektorra. Ennek adott a hossza, de sokféleképp állhat a térben. Vizsgáljuk meg a koordinátatengelyekre vett vetületeit: ezek is vektorok, de már egy-egy adott irányba mutatnak, hosszuk pedig rövidebb, mint az eredeti vektoré. Viszont a (térbeli, sőt négydimenziós) Pitagorasz-tétel következtében a vetületek hosszai négyzetének összege megegyezik az eredeti vektor hosszának négyzetével. Nos az elektrogyenge elméletben valahogy így kell elszámolni a négy közvetítő részecske tömegével: ezek az egyetlen, közös közvetítő bozon négy "vetületének" felelnek meg, és az alapelmélet csak az egész vektor hosszát határozza meg. Aztán az elmélet további finom részletei azt is megmondják, hogy merre mutasson a vektor, így az egyes vetületek, azaz a négy különböző közvetítő részecske tömege is kiszámítható. Igazából e finom részleteket az elektrogyenge elmélet csak leírja, de nem magyarázza meg (azaz nem vezeti vissza valami még alapvetőbb feltevésre), - ezt a majdani Nagy Egyesített Elmélettől (Grand Unified Theory, GUT, amely az erős kölcsönhatást is magában foglalja) várják a fizikusok.
Az a bizonyos vektor sokféleképp állhat a térben. Előfordulhat, hogy az egyik koordinátatengelyre vett vetülete éppen nulla. (Pl az xy-síkban fekvő vektorok z-tengelyre vett vetülete épp zérus.) Az elektrogyenge elméletben épp ez a helyzet: az a bizonyos négydimenziós vektor épp úgy helyezkedik el, hogy az egyik tengelyre vett vetülete épp nulla. Ezért az egyik közvetítő részecske (nyugalmi) tömege pont nulla lesz. Ő a foton. A másik három részecske a gyenge kölcsönhatást közvetítő W+, W- és Z részecske, az első kettő egymás antirészecskéje, ezért tömegük azonos, a Z bozon pedig nehezebb. Ezeket az 1973-ban megszületett elektrogyenge elmélet jóslatai alapján 1983-ban fedezték fel a CERN-ben.
> szegény fotonnak nem jut semmi
Nem így kell felfogni a helyzetet, sőt épp fordítva. Nincs eleve adva a foton, aki sorbaállt a tömegen való osztozáskor, és neki nem jutott semmi... Fordítva: a négy közvetítő bozonból, a négy "vetületből" épp AZT NEVEZZÜK fotonnak, amelyiknek nulla a nyugalmi tömege! És azt nevezzük elektromágneses kölcsönhatásnak (az egységes elektrogyenge kölcsönhatás egyik vetületeként), amelyet a nulla nyugalmi tömegű részecske közvetít. A nulla nyugalmi tömeg ugyanis nem egy véletlenszerű adat a részecske személyi igazolványában, hanem az elektromágneses kölcsönhatás egyik alapvető jellemzője, amelyből e kölcsönhatás számos ismert tulajdonsága matematikailag levezethető (illetve szoros kapcsolatban van vele). Hogy mást ne mondjak: az elektromos töltés megmaradása. A gyenge kölcsönhatásban szereplő töltésjellegű mennyiségekre nem vonatkozik szigorú megmaradási törvény, bizonyos folyamatokban ezek az adatok (pl a "ritkaságnak" nevezett kvantumszám) megváltozhatnak. Nem úgy az elektromos töltés: ez szigorúan és egzaktul megmarad (szőrözők kedvéért hozzáteszem: a tudomány jelenlegi állása szerint... ezt egyébként minden cikkem minden mondatához tessék hozzáképzelni). A töltésmegmaradás szoros kapcsolatban van a foton nyugalmi tömegével: ha a fotonnak bármilyen kicsi, de nem nulla tömege lenne, a töltés nem maradna meg. (Ennek pontos levezetéséhez megint csak sok matek kell, kérem, higgyétek el becsszóra.)
Az elektromágnesség másik fontos tulajdonsága végtelen hatótávolsága. A gyenge kölcsönhatás csak akkor kapcsolja össze a részecskéket, ha igen szorosan megközelítik egymást. E "hatótávolság" fordítva arányos a megfelelő közvetítő részecske tömegével. A W és Z bozonok nehezek, ezért a gyenge kölcsönhatás kis hatótávolságú. A foton tömege nulla, ezért az elektromágnesség végtelen hatótávolságú. Ez tette lehetővé, hogy már az atomfizika megjelenése előtt, makroszkópikus jelenségek vizsgálata (macskafarok és borostyán dörzsölése, mágnesvasérc forgatása, savba mártott fémdarabok összekötése , fémdrótok mozgatása stb) kapcsán felfedezzük. Így kellene tehát fogalmazzuk: ha egy kölcsönhatás makroszkópikusan is észlelhető, azt olyan részecskének kell közvetítenie, amely az egységes kölcsönhatás közvetítő részecskéjének nulla nyugalmi tömegű vetülete. És hogy ezt éppen "fotonnak" (azaz "fényrészecskének") nevezzük, az már tényleg történeti véletlen. A marslakók fizikájában bizonyára más a neve...
![mosoly :)](./images/smilies/icon_e_smile.gif)
dgy