Kvantumtér elmélet

quantum field theory

Az elméleti fizikusok a 20. Században már először csak gondolat kísérletekben felvetették a kvantum összefonódás jelenségét. A jelenség röviden annyit jelent, hogy két távoli részecske állapotának vizsgálata során ha az egyik állapotát megváltoztatjuk, akkor a másik részecske állapota azonnal szintén megváltozik. Ez ellentmond a speciális relativitás elméletnek, amely kimondja, hogy az információ legfeljebb fény sebességével terjedhet.

A kísérletek azt bizonyították, hogy nem csak fotonok, hanem elektronok és nagyobb atommagok (ezüst ionok, alumínium lapocskák stb.) esetén is létezik a kvantum összefonódás jelensége. A kérdés az, hogy mi a magyarázata a jelenségnek.

Erre ad választ a kvantumtér elmélet.

Az elmélet kidolgozásakor azt a tényt vettük figyelembe, hogy népszerűen szólva a mikrovilágban az események nem ok-okozati összefüggésben vannak egymással, hanem valószínűségi kapcsolat van köztük. Ha egy mikrorészecske - például egy elektron - akár több milliószor is bizonyos állapotba kerül várhatóan lesz olyan pillanat, amikor ehhez képest más állapotban lesz és mások lesznek a jellemzői, mint korábban. A mikrovilágban az események bekövetkezte nem 0 vagy 100%-os valószínűségű, hanem 0-nál nagyobb, de 100%-nál kisebb. Erre jó példa a spontán maghasadás.

Ezt a területet a kvantumfizika kutatja és számos olyan jelenséget találtak, amelyek zavarba ejtően mondanak ellent az eddig mindig igaznak tekintett és bizonyított relativitás elméletnek. Ahogy a XX. századi kísérleti és elméleti fizikusok újabb és újabb mikro részecskéket fedeztek fel, illetve azok tulajdonságait sikerült meghatározni egyre több kérdőjel került a relativitás elmélet mellé.

Az ellentmondások feloldásának az lehet a megoldása, a világunk magyarázatában valami új, eddig ismeretlen körülményt veszünk figyelembe. Ilyen volt már, mert a newtoni fizika érvényes volt évszázadokig, magyarázta a világot, de Einstein speciális relativitás elmélete kitágította a világnézetünket és a newtoni fizika által nem megmagyarázható dolgokat értelmezte.

A kvantumtér elmélet állításai

  1. A kvantumtér elmélet első állítása az, hogy a világegyetemünk csak látszólag folytonos, valójában valamiféle elemi "dobozokból" áll. Ezeket a dobozokat kvantumdobozoknak hívja.

    Ennek következtében a folytonos fizikai mennyiség értelmüket vesztik a kvantumdobozok szintjén. A kvantumdobozoknak vannak jellemzőik, amit jobb híján elemi tömegnek, elemi energiának, elemi perdületnek, elemi lendületnek, stb. hívunk. Az elmélet nem mondja meg a jellemzők számát, mennyiségét, értékét, de olyan jellemzőket sorol fel, amelyekből levezethetők a makro világ energia, lendület, perdület, stb. fogalmai. Az elemi dobozok mérete határozza meg az elemi távolság fogalmát.

  2. A kvantumtér elmélet második állítása az, hogy egy dobozban egy tulajdonság vagy tulajdonságok megváltozása a változások mértékétől függően a "szomszédos" vagy távolabbi dobozokban is változást okoz és a változás mértéke határozza meg, hogy a változás milyen távolságban lévő más dobozokban okoz változást.

    Kisebb változás a szomszédos dobozokra hat, míg nagyobb változás távolabbi dobozokat is érinti. Ez összhangban van például azzal, hogy a mikro világban a részecskék pályája, energiaszintjei, perdületei, stb... diszkrét értékeket vehetnek csak fel, mintha egy karmester mondaná meg, hogy egy részecske mit tehet és mit nem.

  3. A kvantumtér elmélet harmadik állítása, hogy a változások átterjedése egyik dobozról a másikra időbe telik, amely a minimális egységnyi idő értéke. Ezt tekintjük egységnyi időnek.

    A kvantumdobozok méretéből és a hatás átterjedésének egységnyi idejéből levezethető a fénysebesség, mint határsebesség, amely a speciális relativitás elmélet alap állítása. Mivel minden hatás dobozról-dobozra terjed ezért két egymástól távol lévő doboz közötti változás terjedése időt igényel. A változás terjedésének sebessége a fénysebesség és a terjedés sebessége soha nem lehet nagyobb, mint az így definiált fénysebesség.

A fentiek alapján ha egy változás olyan nagy energiájú, hogy nem a szomszédos "kvantumdobozba" terjed tovább, hanem távolabbra, akkor a hatás a minimális idő alatt zajlik le, vagyis a változás terjedésének sebessége a két kvantumdoboz között látszólag nagyobb lesz, mint a fénysebesség.

Ezt tovább gondolva, ha kellően nagy mértékű változást hozunk létre egy dobozban, vagy dobozok egy halmazán, akkor makro méretű tárgyak tudnak látszólag a fénysebességnél nagyobb sebességgel mozogni a világban.

A kvantumtér elmélet igaznak tekinti az általános és a speciális relativitás elméletet, amelyek azonban csak a makrovilágban értelmezhetők.