Mi a gravitáció?

Az "Olvasóink kérdezték" rovatban feltett kérdések listája -- segíts Te is a csillagászat iránt kezdeti érdeklődést mutatóknak kérdéseik megválaszolásában!
dgy
Hozzászólások: 466
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2012.06.20. 16:30

A gravitációnak van olyan formája, ami nem vonzást végez, hanem taszítást ?


A "gravitációs teret", avagy az áltrel szerint a téridő görbülését az anyag kelti, így annak konkrét formái az anyag konkrét tulajdonságaitól függnek. Newtonnál a gravitációs tér egyedli forrása az anyag tömegsűrűsége, így két egyforma tömegeloszlású, ám más színű, szagú, energiájú, töltésű stb anyagdarabnak azonos a gravitációs hatása. Einsteinnél nem ez a helyzet, a görbítés forrása az anyag tíz különböző számadattal jellemezhető tulajdonsága: energiasűrűség, az energiaáramlás sűrűsége (ez vektor, tehát három számadattal adható meg), valamint a három nyomó- és három nyírófeszültség. Ezen mennyiségek között természetesen kapcsolat van (ún. "állapotegyenlet"), de e kapcsolat konkrét matematikai formája anyagfajtáról anyagfajtára változik. Ezért előfordulhat, hogy két egyforma tömegeloszlású, de pl más rugalmas tulajdonságokkal rendelkező anyagdarab másképp "görbíti a téridőt", azaz más lesz a gravitációs hatása.

Köznapi, földi körülmények között a tíz mennyiség közül az energiasűrűség dominál (ez arányos a tömegsűrűséggel), a többi kilenc hatása elhanyagolható, ezért Newtonnak első közelítésben igaza van. Nemrég sikerült csak kimutatni igen gondos, évekig tartó kísérlettel, hogy egy forgó objektum (a Föld) környezetében a téridő parányi mértékben különbözik egy álló gömb körüli görbült téridőtől. A forgó Föld anyagának
energiaáramlás-sűrűsége okozza ezt a kis eltérést.

Vannak azonban olyan anyagfajták is (ha nem is a hétköznapi életben), amelyek esetében a tíz gravitáló tényező közül több egyforma nagyságrendű, ezért gravitációs hatásuk összemérhető. Ennek következtében nemtriviális, szokatlan tulajdonságú görbült téridő, hagyományos nevén gravitációs tér alakulhat ki. Az egyik ilyen anyagfajta a skalármező, ennek jeles képviselője a Higgs-mező (melynek kvantumát, a Higgs-részecskét épp e napokban találja meg a CERN). Az Univerzum kezdeti pillanataiban ez a mező dominált, ez okozta az inflációt avagy exponenciális felfúvódást. A másik nevezetes képviselő a napjainkban működő "sötét energia" (más néven inflaton-mező vagy kvinteszencia), amely az Univerzum mai gyorsuló tágulásáért felelős. Jellemző mai tudásunk hiányosságaira, hogy még azt sem tudjuk biztosan: a két említett anyagfajta azonos-e, vagy csak rokon viselkedésű, de különböző anyagfajták.

Az infláció utáni lehűléskor kialakulhattak vákuum-doménok (melyekben a Higgs-mező különböző alapállapotokba került), és ezek határán olyan "doménfalak", ahol a Higgs-mező nem érte el az alapállapotát. Ez a "túlhűtött vákuum" olyan anyag-, energia- és nyomáseloszlást mutat, amelynek eredő térgörbítő, azaz gravitációs hatása taszító: egy részecske (amely amúgy nem hatna kölcsön a skalármezővel, tehát nem érzi a mező által kifejtett erőt) e doménfalhoz közeledve - tisztán az anyageloszlás térgörbítő hatása következtében - a faltól elfelé mutató, azaz taszító erőt érez. Akárhogy ragozzuk, ez bizony antigravitáció! (Ugyanez a hatás mutatkozik meg abban is, hogy a nem alapállapotú skalármező gyorsítja az Univerzum tágulását, azaz felfúvódást okoz: a teret kitöltő anyag eredő gravitációs hatása taszító.)

Antigravitáció tehát létezik. De ez nem a gravitáció egy speciális fajtája, hanem bizonyos anyagfajtából kialakult speciális konfigurációk közönséges (az áltrelben közönséges) gravitációs hatása a többi anyagdarabra.

Sajnos azonban ez az antigravitációs hatás nem használható fel űrhajók, repülő autók és lebegő gördeszkák készítésére (pedig 2015 már igencsak közel van!). Ha egy korlátos térbeli tartományt sikerülne is megtöltenünk ezzel az "antigravitáló" anyaggal, az a Fölt nehézségi erőterében ugyanúgy lefelé esne, mint egy közönséges kődarab (ez matematikailag levezethető, olyan egyszerűen, hogy vizsgáztatok is belőle...).

A helyzet tehát olyan, mint Mátyás király és az okos lány esetében, aki hozott is ajándékot, meg nem is: antigravitáció létezik, de nem használhatjuk arra, amire szeretnénk. Pech.

dgy
maro
Hozzászólások: 289
Csatlakozott: 2009.09.21. 10:14

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: maro » 2012.06.20. 19:52

dgy írta:Antigravitáció tehát létezik.

Akik kevésbé fogékonyak a 4*4-es tenzorokra és a különböző sűrűségekre, azok regényes formában is elolvashatják az antigravitáció felfedezésének hiteles történetét. Ehhez csak elő kell venni a Galaktika 24-es számát, ahol Miller, Eduardo :Történetek más korokból c. munkájának 2 novellájában a történet közlésre került.

Kezdetben voltak ugyan olyanok, akik kétségbe vonták, hogy tényleg hiteles-e a történet. Miután megtudták a gravitáció (nem anti) felfedezésének minden kétséget kizáróan hiteles történetét, a kétkedők elhallgattak. :twisted:
tobe
Hozzászólások: 851
Csatlakozott: 2010.10.28. 20:20

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: tobe » 2012.06.21. 00:15

Köszönöm a válaszokat, amik jelenlegi tudásszintemhez mérten kielégítőek mindenképpen, de az idegen szavaktól nem ijedek meg, mint tenzor meg skalár stb. :) Nem tudom iskolai tananyag szintjén valami lábjegyzetben oda szoktak ilyeneket irkálni, hogy nem olyan egyszerű ám a világ amilyennek látszik néha és nem egy tagból áll az a tömegvonzás ... :)

Egy fizikusnak hány ilyen szakkifejezéssel kell tisztában lennie nagyjából, pár ezerrel ?
Kukac
Hozzászólások: 950
Csatlakozott: 2011.05.06. 18:32

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: Kukac » 2012.06.21. 12:29

Gyula,

amit leírtál, az mind igaz, de az akkor sem anitgtravitáció.
Az olyan, mint ha egy autó, ha tolatna, akkor azt mondanánk rá, hogy ez most anitsebesség.

A fizikában az "anti", mindig valaminek az ellentétes irány(előjelű, hatású, stb) párja, és nem önmaga másképp.
A te leírásodban az antigravitáció, a gravitáció egy speciális konfigurációja, amikor a gravitáció "tolat".
:)
dgy
Hozzászólások: 466
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2012.06.21. 14:38

A fizikában az "anti", mindig valaminek az ellentétes irány(előjelű, hatású, stb) párja, és nem önmaga másképp.
A te leírásodban az antigravitáció, a gravitáció egy speciális konfigurációja, amikor a gravitáció "tolat".

Van egy nagy anyagcsomó, annak a közelében mozog egy elhanyagolható tömegű kis test. Nincs köztük semmi extra kölcsönhatás (pl elektrosztatikus taszítóerő), a kicsire csakis a nagy által meggörbített téridő, hagyományos nyelven a nagy test gravitációs tere hat. Ennek következtében a kis test gyorsulva távolodik a nagytól.

Mi más lenne ez, mint antigravitáció? Mi más lenne az antigravitáció, mit ez?

Próbálj hasonló részletességgel leírni egy szituációt (vagy felidézni a sci-fikből), amire szerinted joggal alkamazható az "antigravitáció" kifejezés!

Másrészről viszont természetes, hogy ha létezik antigravitáció, az valamiképpen a "gravitáció" általános (a korábbi elképzeléseknél általánosabbnak bizonyult) jelenségkörének speciális megnyilvánulása. Ugye te sem azt várod, hogy az einsteini gravitációelmélet mellett megszülessen egy "zweisteini" antigravitációelmélet, aminek semmi köze az előzőhöz? Ezen az alapon a helikopterre ható emelőerőt os tekinthetnénk antigravitációsnak... Ha létezik releváns elmélete az antigravitációnak, annak egyszerre kell leírnia a vonzó és taszító (meg ha ilyen is van, a pörgető, nyíró stb) gravitációs jelenségeket. És az általános relativitáselmélet pontosan ezt teszi.

dgy
astrohist
Hozzászólások: 3229
Csatlakozott: 2009.10.01. 20:27

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: astrohist » 2012.06.21. 16:25

Kedves Gyula!
Az a benyomásom, hogy itt kicsit összemosódik az "antigravitáció" és az "antianyag" fogalma. Talán ezt kellene rendbe rakni? Talán emlékszel rá a régi cikkekből, hogy az 1960-as években nagyon divatos volt az eszmecsere arról, hogy ha van "antianyag" annak bizonyára "antigravitációja kell hogy legyen. Ha jól emlékszem, még a Natre is közölt ilyen cikkeket, a Science biztosan. A sci-fi szerzők pedig kaptak rajta, és jól megkeverték a fantáziát, a feltételezést és az ismeretet. - Üdv: Lajos
Kukac
Hozzászólások: 950
Csatlakozott: 2011.05.06. 18:32

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: Kukac » 2012.06.21. 16:28

Igen, pontoan! Jó irányba haladunk.

Mivel az einsteini gravitáció, ahogy írtad, egy csomó alap fizikai mennyiségből számolható, képlet segítségével,
akkor meg kell lennie annak az egyetlen(1-2) változónak, aminek irányt vagy előjelet kell váltania.

Ahogy szintén írtad, az energiasűrűség (és esetleg a nyomás) az, ami ebben a képletben egyértelműen megfordulhat.
Ezt le is írtad, teljesen érthető.

Tehát az antigravitáció az, amely adott tér-idő szegmensben an energiasűrűség (és vagy) a nyomás negatív.

Mi az, hogy negatív nyomás? Mi az, hogy negatív energiasűrűség? Ha ezekre megkapjuk a választ, meglesz az antigravitáció is.

Hozzáteszem, ezek elvont "halmazállapotok", mert ilyet még elég keveset láttunk, még a CERN-ben is.
Viszont ha jól értem, ez az antigravitáció, megint csak nem az anyagra fog hatni direktben, hanem a tér-idő szövetét nyújtja meg, ettők távolodnak a benne a tömeggel rendelkező testek.

Legvégül. Ha jól értelemezem a termodinamika ide passzoló törvényét, a zárt renszerek energiamegmaradásáról, akkor most jött el a pillanat, hogy a tér-idő szövetét elkezdjük
másképpen szemlélni, mert ha energiát vesz fel és ad le, de nem anyag, akkor vagy hullám,
vagy tömm, mint 4 dimenziós! Különben nem érvényes a termidonamika első törvénye.
Vagy azt már hozzáigazították valahogy a relativitás elmélethez, hogy ne legyen gond?
dgy
Hozzászólások: 466
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2012.06.21. 21:05

astrohist írta:
Az a benyomásom, hogy itt kicsit összemosódik az "antigravitáció" és az "antianyag" fogalma. Talán ezt kellene rendbe rakni?

Szerintem itt nem erről volt szó, az antianyag fogalma fel sem merült. Csak annyi volt a kérdés, létezik-e taszító gravitáció.
Talán emlékszel rá a régi cikkekből, hogy az 1960-as években nagyon divatos volt az eszmecsere arról, hogy ha van "antianyag" annak bizonyára "antigravitációja" kell hogy legyen.

Emlékszem, igen - de a hozzáértők már a hatvanas években is tudták, hogy ez az elképzelés ellentétes az általános relativitáselmélettel. Az akkoriban megjelent Novobátzky-féle tan(!)könyvben is benne van az a levezetés (ami ezek szerint jóval korábban született, ténylegesen a negyvenes években), mely szerint tetszőleges anyagból készült véges anyagtömbök egyformán esnek a gravitációs térben. Ezt persze Newton óta tudjuk (az ma = F = mg képletben m-el egyszerűsíteni lehet), de sokan azt gondolhatták, hogy mivel az áltrel sokkal komplexebben írja le a világot, mint a newtoni fizika, előfordulhatnak speciális anyagfajták vagy konfigurációk, amikkel ki lehet cselezni ezt az egyszerű törvényt. Nos a válasz felemás volt: a gravitáció "aktív” szereplőjeként, a gravitációs tér forrásaként előfordulhatnak speciális anyagfajták speciális konfigurációi (ezek egyikét írtam le a korábbi cikkben), amelyek "unortodox" gravitációs teret keltenek, ami akár taszító is lehet. A gravitáció "passzív" oldalán, tehát egy adott, más testek által létrehozott gravitációs térben az idézett tétel szerint minden test egyformán gyorsul – függetlenül az anyagától. Tehát még ha sikerülne nagy mennyiségben, makroszkópikus méretekben előállítanunk "negatív gravitációjú", azaz taszító gravitáció forrásául szolgáló anyagot, ezzel hiába kennénk be a cipőtalpunkat, nem emelkednénk a magasba, hanem ugyanúgy esnénk lefelé, mintha közönséges sarat kentünk volna oda. Ez a tétel tehát elméleti oldalról szól a "passzív" antigravitáció ellen. Az antianyagról pedig a Dirac-egyenlet, tehát 1929, az antirészecskék első posztulálása óta azt állítja a fizika, hogy energiájuk pozitív, gravitációs viselkedésük megegyezik az anyagéval.

Persze sem az áltrel, sem a kvantumelmélet nem szentírás, előfordulhat, hogy mindkettő téved, és az antianyag valóban felfelé ható gyorsulást érez a Föld gravitációs terében. Fizikusok vagyunk, nem dogmák irányítanak, hanem tudjuk, hogy a fizika kérdéseiben a végső döntőbíró a természet – tehát a helyzet egyértelmű: mérni kell!

Milyen kísérletre van szükség? Mivel a tiszta antianyag előállítása, tárolása és rajta mérések végzése nehézkes, ezért a javaslat az, hogy vegyünk több, különböző anyag–antianyag keveréket, amelyekben a két komponens aránya eltérő. Az ma = Mg képlet bal oldalán a tehetetlen tömeg áll, ez az egyformán pozitív tömegű anyag és antianyag mennyiségének összegével arányos. Amennyiben (a feltevés szerint) az antianyagra negatív gravitáció hatna, akkor a test súlya a két komponens mennyiségének különbségétől függne, tehát a képlet jobb oldalán szereplő M az anyag és antianyag mennyiségének különbségével lenne arányos. Meg kell tehát mérni számos különböző anyagra (pl. vas, kő, fa, víz, bálnazsír stb.) az M/m arányt, azaz az ezzel egyenlő a/g arányt: a földi gravitációs tér ugyanazon helyén a különböző anyag/antianyag összetételű testek gyorsulását. lehetőleg nagy pontossággal, mert a várható effektus igen kicsi.

A javasolt kísérlet igen nehéznek látszik (antianyagot keverni az anyaghoz, aztán nagy pontossággal gyorsulást mérni) – pedig már el is végezték! Méghozzá száz évvel ezelőtt (azaz húsz évvel az "antianyag" fogalmának megszületése előtt!!!) – nem más, mint a legnagyobb magyar fizikus, Eötvös Loránd. Ő volt az, aki számos különböző anyagnak (pl. vas, kő, fa, víz, bálnazsír stb.) megmérte a gyorsulását a gravitációs térben, más megfogalmazásban kimérte a súlyos és a tehetetlen tömeg arányát – kilenc tizedes pontosságú szuperprecíz mérésekkel. És minden anyagfajtára ugyanazt az értéket kapta.

De hol itt az antianyag? Minden anyag belsejében, virtuálisan és valóságosan. Az atommag és az elektronok közti elektromos erőteret közvetítő virtuális fotonok bizonyos (igen kis) valószínűséggel elektron–pozitron párokat hoznak létre (nehezebb részecske–antirészecske párokat is, de azok szerepe elhanyagolható az elektron–pozitron párokhoz képest). E párok aztán annihilálnak, de a helyükbe újak keletkeznek. A normál anyagban beáll e folyamatok egyensúlya. Testünk (és minden körülöttünk levő objektum) anyagának egy kicsiny, de nem elhanyagolható része tehát folyamatosan antianyag formájában van jelen. És ami itt a leglényegesebb: az az arány, ami kifejezi a jelen lévő antianyag mennyiségét, függ a testben előforduló atomok fajtájától, a test szerkezetétől, a kémiai kötések erősségétől stb. Ez az arány, az antianyag előfordulásának aránya tehát testről testre, anyagról anyagra változik. A kvantumelmélet alapján ezek az arányok kiszámolhatók, de legalábbis nagyságrendileg becsülhetők. És az eredmény szerint ez a különbség jóval nagyobb Eötvös méréseinek pontosságánál.

Ha tehát az antianyag antigravitálna, akkor a különböző testek súlyos és tehetetlen tömegének aránya (a különböző antianyag-tartalom következtében) a hetedik tizedesjegyben eltérne. De mivel Eötvös kilenc tizedes pontossággal mért, és nem talált ilyen különbséget, ezért a feltevés kizárható. Ráadásul Eötvös a mérést minden elfogultság nélkül, jóval az antianyag felfedezése előtt végezte, ezért az sem tételezhető fel, hogy ő vagy más munkatársa a kívánt eredmény érdekében meghamisította volna a méréseket.

Mindezt már a hatvanas években is tudták (Schiff alapcikke 1958-ban jelent meg). Azaz tudhatta, aki követte az irodalmat, és végiggondolta a fenti gondolatmenetet. Aki ezt tudta, sóhajtva lapozott tovább a rossz sci-fik antianyaggal működő antigravitációs berendezéseinek leírásán.

De az ördög nem alszik. Mi van, ha azok a kvantumtérelméleti alapfeltevések is tévesek, amelyek alapján a különböző anyagfajták antianyag-hányadát kiszámoltuk? A végső döntőbíró a mérés – állítsunk elő tehát tiszta antianyagot, és mérjük meg, hogyan esik ez a gravitációs térben. Vagy kissé átfogalmazva: mérjük meg az antihidrogén-atom súlyát, és hasonlítsuk össze a hidrogénatoméval!

Ez tényleg nehéz dolog. Antielektronokat évtizedek óta tudunk gyártani, és már az orvosi gyakorlatba is bevonultak (PET – pozitron-emissziós tomográf). Antiprotonok is régóta keringenek a gyorsítókban. Ezek a részecskék elektromosan töltöttek, tehát elektromos és mágneses mezőkkel lehet őkrt terelgetni, ezzel megakadályozva, hogy a környező anyaggal találkozva azonnal szétsugárzódjanak. Az antihidrogén azonban más tészta. Ha az antiproton és az antielektron antihidrogénné egyesül (ez nem magától értetődő folyamat, részecskegyorsító helyett részecskelassító kell hozzá…), a keletkező antiatom semleges lesz, fütyül a terelőmezőkre, nekimegy a falnak, nagyot koppan rajta, azután szétsugárzódik… Az első antihidrogén-atomok ezért csak töredék másodpercekig léteztek, ezalatt nem lehetett megmérni, merre is esnek a Föld gravitációs terében.

Igen ravasz technikai trükkökkel tavaly sikerült több mint negyed óráig életben tartani az antihidrogén-atomokból álló gázfelhőt, és rávenni, hogy mégse menjen a falnak, maradjon együtt, és kegyeskedjen zuhanásnak indulni a Föld vonzóereje irányába, esetleg vele szemben. Ehhez előbb várni kell egy darabig, amíg a gerjesztett állapotban keletkező antiatomok alapállapotba kerülnek, és ezalatt is életben kell őket tartani. A kísérlet a CERN-ben napjainkban is folyik, ez év őszére ígérnek eredményt.

Egy hasonló kísérletben egymás körül keringő elektron és pozitron kötött állapotát (ún. pozitrónium) vizsgálják. Ha a pozitron súlya negatív, akkor a pozitrónium éppen súlytalan lenne. Ha a pozitron súlya is pozitív, akkor a vákuumkamrán áthaladó pozitrónium-nyalábot a gravitáció lefelé hajlítja. Ez mérhető – feltéve, ha a pozitrónium elég sokáig létezik. De az egymás körül keringő elektron és pozitron hajlamos gyorsan annihilálni, így a pozitrónium élettartama igen rövid. Hosszabbítsuk meg: igen pontosan hangolt lézerfénnyel vigyük a pozitróniumot magasan gerjesztett állapotba! Ekkor az elektron és a pozitron „jó messze” kering egymástól, sokáig elviseli egymás társaságát, a pozitrónium pedig elég sokáig létezik ahhoz, hogy a nyaláb gravitáció következtében fellépő elhajlása kimutatható lesz. Ez a kísérlet is folyik, itt is idén őszre várható eredmény.

De vajon tényleg egyforma a részecskék és antirészecskék tömege? Erre van már befejezett kísérlet is. Az anyag-antianyag szimmetria pontos igazolásaként sikerült nagy pontossággal megmérni az antiproton tömegét – olyannyira, hogy ezt most már kissé pontosabban ismerjük, mint a protonét. Az értékek igen pontosan egyeznek. Közvetetten ez a mérés is azt igazolja, hogy a tömeg és a gravitációs hatás szempontjából az antirészecskék (jelen esetben az antiprotont alkotó antikvarkok) épp úgy viselkednek, mint a közönséges részecskék. E kísérletben fontos szerepet játszottak a CERN magyar munkatársai, köztük több tanítványom is.

Összefoglalva: ha ltekintünk néhány extravagáns, általánosan el nem fogadott teóriától, akkor minden komolyan vehető elméleti, és sok pontos, de kissé közvetett kísérleti érv amellett szól, hogy az antianyag nem antigravitál, hanem ugyanúgy lefelé esik a Föld gravitációs terében, mint bármelyik kődarab. A közvetlenül ennek eldöntésére irányuló mérések pedig néhány hónapon belül végleges választ adnak erre a kérdésre.

Ám ennek a problémakörnek nincs semmiféle köze a korábbi cikkben tárgyalt kérdéshez, azaz a Higgs-féle skalármező speciális doménfal-konfigurációja által bármely arra járó objektumra kifejtett antigravitációs erőhatáshoz. Ezt a hatást az elmélet részletesen leírja, de kísérletileg még nem tudjuk ellenőrizni, hiszen a Higgs-mező és annak kvantuma, a Higgs-részecske kísérleti vizsgálata terén éppen e napokban tesszük meg az első (ámbár döntő fontosságú) lépéseket. (Apropó: a jövő héten érdemes lesz figyelni az interneten az Ausztráliából, egy ott folyó részecskefizikai kongresszusról érkező híreket…)

dgy
dgy
Hozzászólások: 466
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2012.06.21. 22:17

Igen, pontosan! Jó irányba haladunk.

Írásodat elolvasva: erről szó sincs!
Mivel az einsteini gravitáció, ahogy írtad, egy csomó alap fizikai mennyiségből számolható, képlet segítségével, akkor meg kell lennie annak az egyetlen(1-2) változónak, aminek irányt vagy előjelet kell váltania.

Nos itt az alapvető tévedés. Sokan (ezek szerint te sem) bírjá(to)k levetkőzni azt a newtoni fizikából itt maradt képzetet, hogy a gravitációs teret minden pontban egy vektor, a szokás szerint g-vel jelölt gravitációs gyorsulásvektor jellemzi - ez viszont arányos a teret keltő test M tömegével, tehát elég mondjuk M előjelét ellentétesre változtatni, és hipp-hopp: g is ellentétes irányba fordul, aztán szabadesés helyett máris repülhetünk felfelé... (hogy ki fog meg, és hoz vissza, az más kérdés).

Nem ez a helyzet. Nem csak duma, hogy az általános relativitáselmélet, amely a téridő görbülésével írja le a gravitáció jelenségkörét, matematikailag sokkal-sokkal bonyolultabb, mint a newtoni fizika. Ez véres tény. De ennek nem az oka és értelme, hogy a gaz fizikusok megharagudtak a szegény laikusokra, elirigyelték tőlük az érthető, szemléletes fizikát, és ezért ugyanazokat az egyszerű tényeket bonyolult, csak a bennfentesek által érthető matematikai hókuszpókuszba csomagolták. Nem erről van szó: az áltrel bonyolult matematikája bonyolult, a newtoninál jóval komplexebb (és igen: kevésbé szemléletes) fizikát takar. Hogy csak a legegyszerűbb ténnyel kezdjük: az áltrelben általában nem értelmezhető a newtoni g vektornak megfelelő mennyiség. A gravitációs tér egy pontban tehát nem "mutat" semerre. Nincs g vektor, nincs olyan "egyetlen mennyiség", amely előjelet válthatna az antigravitáció esetén.

A gravitációs gyorsulásvektor helyett matematikailag sokkal cifrább mennységekkel kell jellemezni a görbült téridőt. Ezek hatását a "hagyományos" fizika nyelvére visszafordítva olyan - a megszokott szemléletnek ellentmondó - állításokat kaphatunk, mint pl. az, hogy egy adott téridőpontban egy részecskére ható gravitációs erő nem csak a helytől, hanem a részecske sebességétől, sőt annak irányától is függ. Tehát akár olyan faramuci "gravitációs tér" is elképzelhető, amelyben általában "lefelé" esik az arrajáró, de aki tudja a trükköt, és megfelelő irányból, megfelelő sebességgel érkezik, azt a gravitáció "felfelé" téríti el... (Ha ezt az első repülőgépek tervezői tudták volna...) Persze más (és sokkal nehezebb) kérdés, hogy kell/lehet ilyen speciális konfigurációjú gravitációs teret létrehozni, milyen tömegeket, mezőket kell ravasz módon elhelyezni vagy mozgatni - akkor már egyszerűbb egy rakétát építeni a felemelkedéshez...

Ahogy szintén írtad, az energiasűrűség (és esetleg a nyomás) az, ami ebben a képletben egyértelműen megfordulhat. Ezt le is írtad, teljesen érthető.

Nem ezt írtam. E mennyiségektől (és még nyolc másiktól) függ az anyag gravitációs hatása egy adott pontban. De az Einstein-féle gravitációs egyenletek (szemben a newtoni gravitációs egyenletekkel és a Maxwell-féle elektromágneses egyenletekkel) nem lineárisak: ha az egyenletek forrástagjának előjelét megváltoztatjuk, ebből nem következik, hogy a (nem létező) gravitációs gyorsulásvektor ellenkezőjére változik. Sokkal bonyolultabb módon változik az egyenletek megoldása, azaz a téridő geometriája.
Tehát az antigravitáció az, amely adott tér-idő szegmensben an energiasűrűség (és vagy) a nyomás negatív.

Ha jól értem, ez a te definíciód az antigravitációra. Lelked rajta. A fentiek szerint ez nem jelentené az arra járó részecskékre ható "gravitációs erő" ellenkezőjére fordulását.

Más bajok is vannak. Mi van a többi nyolc mennyiséggel? Másrészt jelenlegi tudásunk szerint nem ismerünk negatív energiasűrűségű folytonos anyagot. (Egy részecske energiája bizonyos tartományokban, pl. a forgó fekete lyuk ergoszférájában lehet negatív, de a mezők energiasűrűsége pozitív.)
Mi az, hogy negatív nyomás? Mi az, hogy negatív energiasűrűség?

A negatív nyomás viszonylag egyszerű fogalom: szívásnak is nevezhetjük. Pl. az Univerzum inflációs korszakának végén, amikor a korábbi ún. Higgs-vákuumban létrejönnek a jelenlegi vákuum (definíció szerint nulla nyomású) buborékai, és gyorsulva tágulni kezdenek a korábbi vákuumban, ezt a legegyszerűbb termodinamikai fenomenológiával úgy írhatjuk le, mint ha a korábbi vákuumállapotnak negatív nyomása lenne, ezért ehhez képest a nulla nyomású "új" vákuumbuborékok nyomástöbblete növeli meg a buborékot. (Persze fenomenológia helyett pontos mezőelméleti számolással is kijön ugyanez az eredmény.) Hasonló a helyzet, mint a víz forralásakor keletkező buborékok esetében. Nincs benne semmi misztika, semmi titokzatos megértenivaló. Az energiasűrűség pedig egy adott alapállapothoz viszonyított érték, az alapállapotot a kvantumtérelmélet írja le. Jelenleg az áltrelben ez egy kívülről adott adat, a majdani kvantumgravitációelmélet majd együtt tárgyalja az anyag energiáját és a téridő adatait. De nem okoz égszakadást-földindulást, ha ez az érték negatív - viszont amint fentebb már volt róla szó, az ismert stabil anyagfajtákra az érték pozitív.
Ha ezekre megkapjuk a választ, meglesz az antigravitáció is.

Ezekre a kérdésekre a válasz rég megvan. És persze megvan az antigravitáció is - mint a korábbi cikkben leírtam. Sajnos még nem a kísérletekben, mert a Higgs-mezőt egyelőre nem tudjuk manipulálni, de a korábban leírt doménfal-megoldás egzakt alakját 1983 óta ismerjük.

Az antigravitáció nem az, amit a klasszikus fizikánál ragadt lineáris szemlélettel egy-két paraméter előjelének egyszerű megváltoztatásával várnál. Ilyen esetben az Einstein-egyenleteknek valami egészen másféle megoldása állna elő, ami semmiképp sem tekinthető az előző szituáció "inverzének". Pl. nem gyorsulnának ellenkező irányba a részecskék. Általában sem várhatsz olyasmit, hogy van egy konkrét anyagelrendeződés, meg egy másik, ami ahhoz geometriailag hasonló, csak épp a gravitációs gyorsulás mindenhol az ellenkező irányba mutat.

Kicsit általánosabban kell nézni a helyzetet. Mit szoktunk meg? Van egy nagy anyagcsomó, annak közelében a kis próbatestek (amelyek saját gravitációs hatása elhanyagolható) a nagy test irányába gyorsulnak, mégpedig anyaguktól, színűktől, hőmérsékletüktől stb. függetlenül. Mi lehet ennek az inverz szituációja? Van egy nagy test, és a közelében járó kis próbatestek tőle elfelé gyorsulnak, mégpedig anyaguktól, színűktől, hőmérsékletüktől stb. függetlenül. Ennél „antibb” szituációt nem találhatsz. Márpedig pontosan ez valósul meg a korábban leírt doménfal esetén.

Hozzáteszem, ezek elvont "halmazállapotok", mert ilyet még elég keveset láttunk, még a CERN-ben is.

Ezek nem „halmazállapotok”. Nincs „halmaz”. Negatív energiasűrűséget egy darabig nem fogsz látni. A negatív nyomású Higgs-vákuum egyes elméletek szerint ott van minden protonod belsejében. Amikor a gyorsító szétcincálja a protont, aktivizálódik. Akárcsak a Higgs-mező. (Bár arra még egy hetet várni kell.)
Viszont ha jól értem, ez az antigravitáció, megint csak nem az anyagra fog hatni direktben,

Erről a képről már Newton idejében lemondtunk! A klasszikus fizikában az anyag gravitációs mezőt kelt, ez hat az objektumokra.
hanem a tér-idő szövetét nyújtja meg,

Mivel az egész társalgás az általános relativitáselmélet alapján zajlik (lévén ez a gravitáció egyetlen konzisztens és működő elmélete), ehhez már igazán hozzászokhattál: MINDEN „gravitációsnak” nevezett hatás a téridő struktúrájának befolyásolását jelenti.
ettől távolodnak a benne a tömeggel rendelkező testek.

Bizonyos speciális esetekben. Mint pl. a doménfal esetében. Ott van értelme arról beszélni, hogy egy központi, a „gravitációs teret” keltő objektum „felé” vagy „tőle elfele” mozognak a testek. De egy kicsit is bonyolultabb anyageloszlás esetén már a „feléje” és a „tőle elfele” kifejezéseknek sincs értelme – nincs más hátra, mint hosszas számításokkal megoldani a gravitációs egyenleteket, és meghatározni a lehetséges részecskepályákat. Nem lesz köztük „szokásos” és „anti”-pálya.
Legvégül. Ha jól értelmezem a termodinamika ide passzoló törvényét, a zárt rendszerek energiamegmaradásáról,

Rosszul értelmezed: a termodinamika első törvénye nem passzol ide. 1916 óta tudjuk, hogy az általános relativitáselméletben nincs energiamegmaradás. Az erre hivatkozó érvelések tehát nem bírnak relevanciával.
akkor most jött el a pillanat, hogy a tér-idő szövetét elkezdjük
másképpen szemlélni,

Elkéstél, ez 1915-16-ban megtörtént.
mert ha energiát vesz fel és ad le, de nem anyag, akkor vagy hullám,
vagy több, mint 4 dimenziós!

Miből is következne ez az állítás? Hogy jönnek ide a hullámok? És mi köze ehhez a téridő dimenziószámának? Az égvilágon semmi.
Különben nem érvényes a termodinamika első törvénye.

Úgy van! Globálisan nem érvényes, csak a lokális inerciarendszerekben.
Vagy azt már hozzáigazították valahogy a relativitás elmélethez, hogy ne legyen gond?

Einstein, Hilbert és követőik majdnem száz évvel ezelőtt elvégezték ezt a munkát.

dgy
gépész
Hozzászólások: 76
Csatlakozott: 2012.07.19. 08:09

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: gépész » 2012.07.19. 18:14

Szerintem a tehetetlenség, és több más jelenség is a "gravitáció" fogalomkörébe sorolható.
pl.:

A tehetetlenség: a test vonzása önmagára

Ez az egyszerű meghatározás a gravitációt más szinben tünteti fel. Hogy voltaképpen a tehetetlenség is egyfajta gravitáció. pontosabban antigravitáció?

Kapcsolódik hozzá az is, hogy az általánosan alkalmazott A=-G*M/R^2 ...m/s2 gyorsulási képlet valójában nem vektoriális, hiszen egyetlen vektor se lehetne benne!

Vektoriálisan másképpen irható fel: A=G'*(ró)*R3
Ahol
G'=4(PI)/3* G módosított (gömbi) gravitációs állandó

(ró) =M/V a vonatkoztatási gömbi tér tömegsűrűsége

V=4*(PI)/3 *(R1xR2*R3) a vonatkoztatási tér

R1; R2; R3 a három egyenlő merőleges helyvektor, a vonatkoztási téré, amelyek vegyes szorzata skalár mennyiség.

A képlet ugyanazt az eredményt adja, azonban számos előnye van, pl. R=0 helyen nem szinguláris, és lineáris.
Hátránya a vonatkoztatási sűrűség bevezetése, ami a távolságtól is függ.
Interpretációja azonban más színben mutatja a gravitáció problémáját, amelyben a felmerülő kérdések szerintem jobban megválaszolhatók.
Először is a tömegpont nemcsak nyelő, de forrás is, amelytől a gyorsulási vektorok véges (fény???) sebességgel terjednek.
Idő kell tehát a vektormező felépüléséhez és lebontásához, ami a mozgásállapot változása nélkül a végtelenig terjedhet, egyébként azonban nem!
Bármely más esetben a vektorok véges sebessége, időben megváltozott helyzete miatt léphet fel nemcsak tehetetlenség, de relatív tömegmegváltozás, vagy a jelenség, amit antigravitációnak nevezhetnénk (definiciója?).

Mindez rég a klasszikus fizikához tartozhatna, ha Newton tudott volna a gravitáció véges sebességéről, és akkor sok minden a fizikában másképp alakult volna...
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára gépész 2012.07.25. 10:40-kor.
Válasz küldése

Vissza: “Hírek.Csillagászat.hu - Olvasói kérdések”