Гравитон дегеніміз не?

кванттық физика

Кванттау — кванттық физика қағидаларына сәйкес классикалық үлгінің кванттық нұсқасының құрылысы. Табиғатта белгілі барлық өрістер квантталады. Айқын көрінетіні электромагниттік өріс кванты – фотондар. Мысалы, физик Павел Черенков, 1958 жылы Нобель сыйлығын алған черенковский сәулесінің фотондарын еш құрылғысыз бақылаған. Ал бүгінде кез келгеніміз радиометр сатып алып, қатаң фотон түрі – гамма-сәулеленудің дыбысын ести аламыз (минутына 10 шерту, ал 10 км биіктікте 300-400 шерту).
Гравитация — бұл квантталатын өріс, және оның кванттарының атауы гравитондар. Гравитация көп жағдайда электромагнитизмге ұқсас. Мысалы, электр қуатында Кулон заңы бар, бұл оған дейін ашылған Ньютон заңына ұқсас. Бірақ электр қуатында екі бірдей заряд серпіледі, ал гравитацияда барлық «гравитационды зарядтар», яғни массалар, әрқашан тартылады. Және, керісінше, екі параллель тоқ Ампер күшімен тартылады, ал гравитацияда, жалпы салыстырмалық теориясында, екі параллель тоқ серпіледі. 
Жалпы айтқанда гравитация «байырақ»: электромагнетизмді сипаттау үшін төрт сан керек (вектор-потенциал), ал гравитацияға көп — бұл тензор күші. Алайда не дегенмен, «гравимагнитті» немесе «гравитомагнитті» деген түсініктер бар. Әлсіз гравитациялық өрісте электромагнитизмдегідей Максвелл теңдеуінің аналогын көруге, және оларды кванттауға болады. Бұл 1930-шы жылдары істелінді. Біріншісін квантты фотон, екіншісін гравитон деп атады.

Алайда үлкен «бірақ» бар. Гравитация әлсіз өрісте толық зерттелген, ал күшті өрісте, мысалы, қара құрдым не оған ұқсас объектілер, ол кванттауға берілмейді. Электр және магнитті өрістер өте күшті болу мүмкін, бірақ олар уақытқа берілмейді және оңай квантталады. Тек электронмагнитті толқындар – фотондармен құрылатын гравитация – беріледі. Гравитация және гравитационды толқындар (күшті) кеңістік қисығына және уақытқа тікелей әсер ету керек. 
Гравитацияны кванттаудың ең басты қиындығы — оның уақытқа әсері.

Тағы бір қиындық — гравитацияның өте әлсіздігі. Біз Жердің гравитациясын оның көп болғандығынан ғана сеземіз, ал қасымыздан өтіп бара жатқан жүк көліктің гравитациясын сезбейміз. Электромагнитті толқындар бұрын ашылған, ал гравитационды толқындар гравитационды әрекеттесудің әлсіздігінен толық ашылмады. Тек қос пульсарлардан біз олардың әсерін жанама көре аламыз. 
Кванттаудың тағы бір керемет қасиеті бар. Егер әлсіз жарық болса, черенковский секілді, бөлек фотондар көрінеді. Егер ол суперқуатты болса, көрінетін жарық толқын ұзындығы болсын, және когерентті, фотондар өз мағынасын жоғалтады. Лазерде жарық толық анықталған φ фазасында, демек ∆φ белгісіз фазасы өте аз. Ал кванттық электродинамикада қызықты белгісіздіктер қатынасы бар: егер N = фотон саны болса, онда ∆N -ді ∆φ көбейтсе ол бірге тең болу керек:
∆N • ∆φ ∼ 1
Фаза неғұрлым дәл ұсталса, соғұрлым фотон санының белгісіздігі өседі. Бірақ егер біз берілген өріс тізбегінде қанша фотон барын айта алмасақ, фотонның физикалық маңызы жоғалады, және бұл толқындарды тек классикалық үздіксіз өрістер тілімен түсіндіреміз. Бұл N мәні үлкен болғанда барлық фотондарды және гравитондарды қамтитын бозондармен осылай болады.

Өкінішке орай, N мәнінің үлкен болған өзінде, біз осы күнге дейін гравитационды толқындарды анықтамадық, және бөлек гравитондарды (N ~ 1) ашу үміті өте аз.

∆N • ∆φ ∼ 1 формуласы ескі кітаптарда келтірілген — Heitler W. The Quantum Theory of Radiation. Courier Corporation, 1954. 
Алайда, қуатты когерентті жарық шоқтарын шығаратын, лазер мен мазер ашылғаннан кейін бұл теңдеу толық дұрыс деп айта алмаймыз. Себебі φ фазасының кванттық операторын дұрыс анықтай алмаймыз.

Ғылым 23.06.2015 жариялады
116,265 сұрақ
295,203 жауап
152,913 пікір
61,092 қолданушы