Miért nem alkalmazható az általános relativitáselmélet a kvantummechanikában?

az alapvető probléma az, hogy a gravitáció gyenge. nagyon nagyon gyenge.

kvantum léptékben az alapvető kölcsönhatások erőssége nagyságrendben:

erős kölcsönhatás 1

gyenge kölcsönhatás 1/100.000

gravitáció 1/100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

kb.

ez azt jelenti, hogy semmi esély arra, hogy valaha is lássunk bármit, amit a gravitáció okoz kvantum szinten. azaz hiába találunk ki valamit, nem tudjuk tesztelni. annyira gyenge, hogy ha csak pl. a részecskegyorsítók kísérleti eredményeit vennénk alapul, nem tudnánk róla, hogy létezik.

magával a relativitáselmélettel az az alapvető probléma, hogy ha elkezdjük alkalmazni, akkor olyan dolgok jönnek ki, amit nyilvánvalóan nem jók.

pl. a proton körül keringő elektronnak gravitációs hullámok formájában energiát kellene veszítenie. na most azt tudjuk az elektron nem kering a proton körül, ellenben a helyzetére (az elektromágnesességnél is) használt hullámfüggvény nem kompatibilis a relativitáselmélettel. annak nem lehet azt mondani, hogy vagy itt van, vagy ott, és vagy erre megy és ilyen gyorsan, vagy arra és amolyan gyorsan. ezt a relativitáselmélet egyszerűen nem tudja.

"hullámfüggvény nem kompatibilis a relativitáselmélettel. annak nem lehet azt mondani, hogy vagy itt van, vagy ott, és vagy erre megy és ilyen gyorsan, vagy arra és amolyan gyorsan. ezt a relativitáselmélet egyszerűen nem tudja."

De miért? Úgy tudom, az ált relben sem részecskék vannak, hanem energiasűrűségek, nyomások stb.

Másrészt ha ekkora nagyságrendi különbség van a két elmélet hatóköre között, akkor miért kellene egyáltalán közös nevezőre hozni őket? Mi többet tudnánk úgy meg?

Még laikusabban: Ha sikerülne felfedezni az egységes elméletet, a kvantumgravitáció elméletét, akkor pl. milyen konkrét eredmények lennének várhatók?

"miért kellene egyáltalán közös nevezőre hozni őket?"

Azért, mert létezik olyan helyzet (ősrobbanás, fekete lyuk), ahol a gravitáció összemérhető a többi erővel, és ott már nem lehet figyelmen kívül hagyni - viszont még nem tudjuk, hogy ott hogyan kell számolni!

Belekezdtem most, de rájöttem, hogy legalábbis most reménytelenül hosszú kifejteni, de itt igen jól összeszedték:

[link]

Amúgy való igaz, hogy a gravitáció igencsak gyenge, de egyrészt nem igazán kísérletkivitelezési gondokról van szó, hanem alapvető inkompatibilitásról. És attól, hogy a gravitáció igen gyenge, a kvantumos jelenségek meg igen kis méreteknél válnak jelentőssé, van, ahol mindkettő főszerepet játszik. Pongyolán fogalmazva pl fekete lyukak esetében, vagy a világegyetem keletkezésekor uralkodó állapotoknál.

Igen: pl. féregjáratot e nélkül nehezebb. Talán összejöhet így is, de nem biztos.

Vagy pl. mini fekete lyuk, mint erőmű és univerzális szemetes kuka. Na meg fegyver.

miért nem kompatibilis?

a kvantum elméletben a kölcsönhatások úgy jönnek létre, hogy a kölcsönható részecskék kibocsátanak egy-egy a kölcsönhatást hordozó részecskét. ezek a hordozó részecskék eljutnak a mászik részecskéig és így jön létre a kölcsönhatás.

pl. ha egy proton és elektron vonzza egymást, az tulajdonképpen úgy néz ki, hogy mind a proton, mind az elektron kibocsát egy-egy (vagy több-több) fotont, azt felveszi a másik és létrejön a vonzás.

a relativitáselmélet ezzel szemben úgy működik, hogy a gravitáló dolog (pl. egy neutrínó, csillag stb.) eltorzítja maga körül a téridőt és ez hat nem csak más gravitáló dologra, hanem saját magára is (pl. idődilatáció). azaz két gravitációs kölcsönhatásban lévő dolog valójában nem kölcsönhat egymással, hanem mindkettő a téridővel van kölcsönhatásban.

ez két alapvetően különböző hatásmechanizmus. nem lehet őket csak úgy összehozni.

a másik probléma a részecskék helyzetének térbeli bizonytalansága. pongyolán fogalmazva egy részecske egy adott pont körül adott távolságon belül bárhol lehet. és nem csak lehet, hanem tulajdonképpen van is. hol itt, hol ott, hol meg amott. ráadásul minél nagyobb a részecske energiája, annál nagyobb a távolság is, amin beleül valahol van. még az is előfordulhat, hogy ennek segítségével átkelhet egy olyan akadályon, amin egyébként nem tudna. (ezt hívják alagúthatásnak)

a valós élre lefordítva, ezt úgy kell "elképzelni", hogy ha te elég gyorsan szaladsz (van sok energiád), és ezért a helyzeted bizonytalan mondjuk 1m-es körön belül akkor ha van előtted egy 20cm betonfal és te nekiszaladsz, akkor a helyzeti bizonytalanság miatt, nem biztos, hogy felkenődsz rá, hanem lehet, hogy sértetlenül átszaladsz rajta. jó lenne mi?

viszont ebből az is következhetne, hogy egy részecske a saját gravitációjával saját magát gyorsítja, ami meg megint elég nagy hülyeségnek tűnik.

mire jó?

ez alapkutatás. vannak bizonyos kérdések, amiket meg tudnánk a segítségével válaszolni, pl. a fekete lyukak, ősrobbanás, vagy olyan trükkös dolgok, mint lehet-e fényből (elméletileg) fekete lyukat csinálni. de egyébként már az is elég fejtörős kérdés, hogy egyáltalán miért ilyen gyenge. (a másik három kölcsönhatás jóval közelebb van egymáshoz, így eléggé kézenfekvő a kérdés, hogy ez miért ennyire más)

ezen felül, nem tudjuk mire lehet jó. azért kéne tudni, hogy miként működik, mert akkor kiderülne, mire lehet használni.

pl. térhajtómű, féregjárat, fúziós reaktor, csak hogy közkedvelt dolgokat mondjak

Ha sikerül jobban megérteni ezt a jelenséget, az abban segíthet, hogy jobban megismerjük a világunk keletkezését, jelenlegi működést és jövőjét.

Ebből téged - gondolom - a középső érdekel: ez pl. jelentheti azt, hogy a jelenlegi 3 dimenziós világunkból ki tudunk nézni, fel tudjuk fedezni a közvetlen közelünkben levő másik világot (ha van ilyen), vagy esetleg ki is tudunk lépni a világunkból.

Gondolom, ez már neked is forradalmi felfedezés lenne.

Az általános relativitáselmélet egy klasszikus elmélet, azaz nem kvantumos, hanem a téridő kontinuum felfogásán alapul. Ergo ilyen módon eleve nem lehet alkalmazható a kvantummechanikában. Ennek ellenére van egy érdekes fizikatörténeti eset, amikor a két elmélet kapcsolatba került egymással, mégpedig a híres Einstein-Bohr vita során, amikor is Bohrnak éppen Einstein általános relativitáselméletének segítségével sikerült megmagyaráznia egy paradoxont, amelyet Einstein talált ki annak bizonyítására, hogy a természet kvantummechanikai leírása nem teljes.

Ha viszont a kérdésed arra irányult, hogy a két elmélet miért nem kompatibilis, akkor alapvetően azért, mert nem tudjuk a gravitáció elméletét úgy kvantálni, hogy abból értelmes dolgok süljenek ki. A kvantumgravitáció ugyanarról kéne szóljon, mint a klasszikus általános relativitáselmélet, csak kvantumos szinten: hogy a téridő maga is változik, és nem egyszerűen egy változatlan háttér a fizikai jelenségek történései során, hanem oda-vissza hatás érvényesül közöttük, és ahogy a téridő befolyásolja az anyag mozgását, úgy az anyag mozgása is a téridő szerkezetét. Jelenleg azonban halvány gőzünk sincs arról, hogy mit kellene érteni pl. az alatt, hogy a téridő maga is kvantált és hogy ezt hogyan kellene matematikailag leírni és az eddigi elméletekhez illeszteni. Tehát nem tudunk a klasszikus, nemkvantumos általános relativitáselméletből kvantumos elméletet fabrikálni. Próbálkozások vannak, de siker még nincs.