Fysikkens store teorier

Hej Spørg om Fysik
Jeg deltager pt. i et række foredrag om fysikkens store teorier, i denne forbindelse er jeg blevet henvist til jer, idet nogle af mine spørgsmål ligger uden for foredragenes pensum.

Jeg har prøvet at forstå ideen bag den forenede feltteori i forbindelse med standardmodellen, og kan forstå at det endnu ikke er lykkedes at få gravitationen med ind i teorierne.

1. Jeg har forstået det således, at teorien prøver at beskrive flere forskellige kræfter som forskellige manifestationer af en fælles eller en lang række af vekselvirkning ?

2. Kan felter vekselvirke?

Jeg er bevidst om at spørgsmålene dækker over stor uvidenhed på området, men vil blive glad for at få lidt bedre styr på begreberne.

Med venlig hilsen
Kurt Wraae (lægmand og ingeniør)

Ja, vi synes jo alle, at det er æstetisk smukt at kunne forklare mange forskellige fænomener ud fra et simpelt fælles princip. Det er egentlig ingen grund til at naturen skulle være indrettet efter hvad vi synes er smukt, men erfaringen siger, at det er den rent faktisk i almindelighed.

Således finder alle Maxwells ligninger smukke, fordi de på en meget kompakt form beskriver både elektriske og magnetiske fænomener, og er intimt forbundet med relativitetsteori. Standardmodellen er en udvidelse af Maxwells ligninger, som inddrager kvantemekanikken, og beskriver både elektromagnetiske og svage vekselvirkninger med et simpelt fælles symmetriprincip, samt de stærke vekselvirkninger med et separat symmetriprincip. Det er et langsigtet mål at inkludere gravitationen også, men vanskeligheden er, at denne er umådeligt meget svagere end de andre kræfter, så selv om man skulle have den rigtige ide til et fælles princip der ville inkludere gravitationen sammen med de andre kræfter i en kvantemekanisk teori, så er en sådan ide overordentligt vanskelig at verificere eksperimentelt og det er heller ikke lykkes hidtil.

Hvis man nu betragter rummets struktur som en stor sammenhængende dynamisk struktur bestående af n grundfelter og begivenheder som fluxtationer i de respektive grundfelter og samtidig ved at gravitation har en afgørende betydning, muligvis på alle felttyper. Er det nærliggende at stille sig det spørgsmål hvorfor en forenet feltteori ikke tager sit udgangspunkt i en fælles Forenet Rum og Feltteori hvor den almindelige forenede feltteori og gravitationen begge er delelementer i et større sammenhæng der muligvis ville kunne forudsige nye ukendte kræfter og sammenhænge.

Ja det er bestemt noget i den stil der eftersøges.

2. Kan felter vekselvirke?

Eksempel: Kan et elektrisk (eller anden felttype) skabe en rumkrumning der svarer til en rumkrumning foranlediget af en gravitionel masse.

Jeg har læst, at al energi vil krumme rummets energi struktur? 

Jeg synes ikke at få noget svar ved at studere de kendte feltligninger.

Svaret er ja og du giver det selv. Al energi krummer rummet. Energien per kubikcentimeter som knyttes til elektriske og magnetiske felter er proportional med felternes størrelse i anden. Einsteins feltligninger fortæller så hvorledes den lokale energitæthed (og impulstæthed) påvirker rummets krumning. Man har dog ikke direkte eksperimentelle observationer, mig bekendt, af at elektromagnetiske felter bidrager til tyngdekraft. Jeg kender kun til det omvendte, nemlig at man observerer at f.eks. solens tyngdefelt påvirker elektromagnetiske felter således at lysstråler fra en fjern stjerne bliver bøjet når de passerer tæt forbi. 

Jeg håber at svarene er hjælpsomme. Fra disse almindelige betragtninger og til at levere præcise forudsigelser af fænomenerne er der meget lang vej og hvis du har ambitioner om dette må du have fat i en teoretisk ekspert. Jeg selv er bare en enfoldig eksperimentalfysiker.

Bedste hilsner
 Peter Hansen